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ESTUDO DA VALORIZAÇÃO E RECICLAGEM DE RESÍDUO PROVENIENTE DE

ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS EM CERÂMICA VERMELHA

ELZA MARIA SENRA DE OLIVEIRA

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE CAMPOS DOS GOYTACAZES - RJ

AGOSTO - 2004




“Tese de Doutorado submetida ao Centro de Ciência e Tecnologia da Universidade Estadual do Norte Fluminense, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do Título de Doutora em Engenharia e Ciências dos Materiais”.

Orientador: Prof. Dr. José Nilson França de Holanda

CAMPOS DOS GOYTACAZES - RJ

AGOSTO – 2004

1 FICHA CATALOGRÁFICA

Preparada pela Biblioteca do CCT / UENF 21/2005

Oliveira, Elza Maria Senra de Estudo da valorização e reciclagem de resíduo proveniente de estação de tratamento de águas em cerâmica vermelha / Elza Maria Senra de Oliveira. – Campos dos Goytacazes, 2004. xii, 112 f. : il. Orientador: José Nilson França de Holanda Tese (Doutorado em Engenharia e Ciências dos Materiais) -- Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Ciência e Tecnologia. Laboratório de Materiais Avançados. Campos dos Goytacazes, 2004. Área de concentração: Materiais e Meio Ambiente Bibliografia: f. 105-112 1. Materiais cerâmicos 2. Resíduo de ETAs 3. Caracterização 4. Reciclagem 5. Propriedades físico-mecânicas l. Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro. Centro de Ciência

iii




“Tese de Doutorado submetida ao Centro de Ciência e Tecnologia da Universidade Estadual do Norte Fluminense, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do Título de Doutora em Engenharia e Ciências dos Materiais”.

Aprovada em 27 de agosto de 2004

Comissão Examinadora:

Prof. Uílame Umbelino Gomes (D.Sc., Física) - UFRN/DFTE

_________________________________________________________________

Prof. Ângelus Giuseppe Pereira da Silva (Ph.D, Ciências Técnicas) -UENF/LAMAV.

_________________________________________________________________

Prof. Eduardo Atem de Carvalho (Ph.D., Engenharia Mecânica) - UENF/LAMAV

_________________________________________________________________

Prof. José Nilson F. de Holanda (D.Sc., Engenharia de Materiais) - UENF/LAMAV

Orientador

iv

A meu pai, Aristides (in memoriam), que sempre me estimulou a prosseguir na

caminhada e na superação dos obstáculos.

À minha mãe, Scynthia, pela força e determinação imprimidas à minha vida.

Às sobrinhas, Helena e Luísa pertencentes às “presentes e futuras gerações”.

A meus irmãos, Valentine e Vladimir, companheiros, amigos – constantes e leais.

v

AGRADECIMENTOS A todas as pessoas que contribuíram na minha jornada e aprendizado.

Ao meu orientador acadêmico, José Nilson França de Holanda, pelo

estímulo, ensinamentos e, sobretudo por acreditar em minha capacidade em

momentos difíceis e de perdas inestimáveis.

Aos professores da UENF que depositaram e estimularam sonhos,

envolvimentos com ensino, aprendizado e pesquisa, na busca constante por novos

desafios. E, em particular, aos professores Eduardo Atem de Carvalho (Ensaios

Mecânicos) e Rubén Jesús Sánchez Rodríguez (Análises Térmicas).

Ao CEFET-Campos e aos meus colegas de trabalho na educação que

permitiram a construção e o repensar da minha vida profissional e pessoal, pois

como diz o poeta, “pois sem o seu trabalho o homem não tem honra”.

À Cerâmica São José pelo fornecimento da massa argilosa utilizada e a

empresa Águas do Paraíba que cedeu o resíduo gerado na Estação de Tratamento

de Águas permitindo assim a realização deste trabalho.

Ao Guilherme Parente Souza (doutorando da Universitys of Sheffield) e aos

alunos de iniciação científica da UENF, Victor Gomes Sampaio, Sthepheson

Quadros e Patrícia Íris de Silva Peres, que muito contribuíram para a realização

deste trabalho e que sem esta valiosa ajuda não teria sido concretizado.

A Miltom Pereira Soares Júnior (UENF-LECIV), que contribuiu de forma

generosa com o seu trabalho sobre granulometria e plasticidade.

A Rosane Toledo (UENF-LCFIS), pela valiosa realização de ensaio de

difração de raios-X.

Aos colegas de curso no PPGECM-UENF na contribuição para a superação

de muitos momentos de dificuldades e desafios.

Aos funcionários e aos anônimos que doaram um pouco de seu tempo para

a construção deste trabalho.

Aos meus professores de todas as épocas e aos jovens alunos que

participaram do meu cotidiano, com paciência e alegria, buscando um mundo

melhor.

E, em especial, ao alimento inspiração – Deus.

vi

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO GERAL 1 – Introdução .....................................................................................................01

CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 - Meio ambiente.............................................................................................04

2.2 - Gestão Ambiental........................................................................................07

2.2.1 - Poluição Atmosférica e Tratamento de Resíduos ....................................08

2.2.2 - Poluição das Águas e Tratamento ...........................................................13

2.3 - Resíduos Sólidos e Tratamento ..................................................................18

2.4 - Resíduos das Estações de Tratamento de Água ........................................19

2.5 - Cerâmica Vermelha ....................................................................................21

2.6 - Incorporação de resíduos............................................................................23

2.6.1 - Aspectos Gerais.......................................................................................23

2.6.2 - Incorporação em Cerâmica Vermelha......................................................24

2.6.3 - Incorporação de Resíduos de ETAs em Materiais Cerâmicos .................27

CAPÍTULO 3 – MATERIAIS E MÉTODOS DE ANÁLISE 3.1 - Matérias-Primas ..........................................................................................32

3.2 - Beneficiamento das Matérias-Primas..........................................................35

3.3 - Características das Matérias-Primas ..........................................................35

3.3.1 - Caracterização Mineralógica....................................................................36

3.3.2 - Caracterização Química...........................................................................36

3.3.3 - Caracterização Física...............................................................................37

3.3.4 - Classificação do Resíduo.........................................................................37

3.4 - Preparação e Caracterização das Massas Cerâmicas ...............................38

3.5 - Preparação dos Corpos Cerâmicos ............................................................40

3.6 - Avaliação das Propriedades Físico-Mecânicas...........................................41

3.6.1 - Retração Linear Após Queima .................................................................41

3.6.2 - Massa Específica Aparente......................................................................42

3.6.3 - Absorção de Água....................................................................................42

3.6.4 - Porosidade Aparente................................................................................42

vii

3.6.5 - Tensão de Ruptura à Flexão....................................................................43

3.7 - Análise Microestrutural dos Corpos Sinterizados........................................43

CAPÍTULO 4 – RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 - Caracterização das Matérias-primas...........................................................45

4.1.1 - Caracterização do Resíduo de ETAs .......................................................45 4.1.2 - Caracterização da Massa Argilosa...........................................................58

4.1.2 - Classificação Ambiental do Resíduo de ETAs .........................................62

4.2 - Massas Cerâmicas Preparadas ..................................................................64

4.3 - Propriedades Tecnológicas Após Secagem................................................69

4.4 - Densificação das Massas Cerâmicas..........................................................73

4.4.1 - Propriedades Físico-Mecânicas ...............................................................73

4.4.2 - Análise Microestrutural.............................................................................83

4.5 - Análise Estatística da Resistência Mecânica ..............................................89

4.6 - Uso de Resíduo de ETAs em Cerâmica Vermelha .....................................98

CAPÍTULO 5 – RESULTADOS E SUGESTÓES 5.1 – Conclusão ..................................................................................................102

5.2 - Sugestões para Trabalhos Futuros .............................................................104

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................105

viii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1– Interações das ações humanas e do meio ambiente .......................... 05

Figura 2.2– Interação fato-valor-norma .................................................................. 05 Figura 2.3- Visão simplificada das relações envolvidas ......................................... 06 Figura 2.4- Representação simplificada dos sistemas naturais.............................. 08

Figura 2.5- Tratamentos de água simplificado ....................................................... 15

Figura 2.6 - Custo crescente dos tipos de retirada de água................................... 19

Figura 2.7 – Fluxograma de uma estação convencional com tratamento de água e

de resíduos (lodos)................................................................................................. 20

Figura 3.1 - Metodologia empregada para caracterização das matérias-primas

utilizadas ................................................................................................................ 33

Figura 3.2 – Metodologia empregada na preparação dos corpos cerâmicos

contendo resíduo de ETAs..................................................................................... 34

Figura 3.3- Metodologia empregada na preparação das massas cerâmicas ......... 39

Figura 4.1 - Difratograma de raios-X do resíduo de Tas ........................................ 45

Figura 4.2 - Comportamento térmico do resíduo de ETAs estudado ..................... 49

Figura 4.3 -Curva granulométrica para o resíduo de ETAs .................................... 51 Figura 4.4 - Localização do resíduo de ETAs no Diagrama de inkler..................... 53

Figura 4.5 - Morfologia (500x) das partículas do resíduo de ETAs ........................ 54

Figura 4.6 - Morfologia (15.000x) das partículas do resíduo de ETAs ................... 54

Figura 4.7 - Detalhes das partículas/aglomerados do resíduo de ETAs ................ 55

Figura 4.8 - Frústula diatomácea navicular fragmentada ....................................... 55

Figura 4.9 - Difração de raios-X da massa argilosa utilizada ................................. 59

Figura 4.10 - Comportamento térmico da massa argilosa padrão.......................... 61

Figura 4.11 – Distribuição de tamanho de partícula da amostra AM-RO ............... 65

Figura 4.12 – Distribuição de tamanho de partícula da amostra AM-R5 ................ 65 Figura 4.13 – Distribuição de tamanho de partícula da amostra AM-R1O ............. 66

Figura 4.14 – Distribuição de tamanho de partícula da amostra AM-R15 .............. 66 Figura 4.15 - Localização das massas cerâmicas no Diagrama de Winkler........... 67

Figura 4.16 - Retração linear de secagem dos corpos cerâmicos.......................... 70

Figura 4.17 - Massa específica aparente de secagem dos corpos cerâmicos ....... 71

Figura 4.18 - Tensão de ruptura à flexão de secagem dos corpos cerâmicos ....... 72

Figura 4.19 - Retração linear em função do resíduo de ETAs................................ 78

ix

Figura 4.20 - Massa específica aparente em função do resíduo de ETAs ............. 78

Figura 4.21 - Absorção de água em função do resíduo de ETAs........................... 79

Figura 4.22 - Porosidade aparente em função do resíduo de ETAs....................... 79

Figura 4.23 - Tensão de ruptura à flexão em função do resíduo de ETAs ............. 80

Figura 4.24 - Retração linear em função da temperatura de queima. .................... 80

Figura 4.25 - Massa específica aparente em função da temperatura de queima... 81

Figura 4.26 - Absorção de água em função da temperatura de queima ................ 81

Figura 4.27 - Porosidade aparente em função da temperatura de queima ............ 82

Figura 4.28 - Tensão de ruptura à flexão em função da temperatura de queima... 82

Figura 4.29 - Microestrutura da amostra AM-R0 sinterizada em 850 ºC ................ 84


Figura 4.31 - Microestrutura da amostra AM-R0 sinterizada em 1050 ºC .............. 85



Figura 4.34 - Microestrutura da amostra AM-R15 sinterizada em 1050 ºC ............ 86





Figura 4.39 - Diagrama de Weibull para a formulação AM-R0 / 850 ºC ................. 92


Figura 4.41 - Diagrama de Weibull para a formulação AM-R0 / 1050 ºC ............... 93






Figura 4.47 - Diagrama de Weibull para a formulação AM-R10 / 1050 ºC ............. 96



Figura 4.50 - Diagrama de Weibull para a formulação AM-R15 / 1050 ºC ............. 97

x

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 2.1 - Tempo de sedimentação das partículas............................................ 15

Tabela 2.2 - Coagulantes usados em tratamento de águas.................................. 16

Tabela 2.3 - Composição química do resíduo de ETAs (% em peso) de São

Leopoldo-RS ......................................................................................................... 28 Tabela 2.4 - Dados granulométricos e teor de matéria orgânica do resíduo de

ETAs/SABESP de Presidente Prudente-SP ......................................................... 30

Tabela 3.1 – Composição das massas cerâmicas (% em peso) ........................... 39

Tabela 4.1 - Composição química do resíduo de ETAs046

Tabela 4.2 - Algumas características físico-químicas do resíduo de ETAs........... 48

Tabela 4.3 - Dados de perda de massa (ATG/DTG) do resíduo de ETAs ............ 49

Tabela 4.4 - Limites de Atterberg e massa específica real do resíduo.................. 56

Tabela 4.5 – Composição química da massa argilosa (% em peso)..................... 60

Tabela 4.6 - Dados de perda de massa (ATG/DTG) da massa argilosa padrão... 61

.Tabela 4.7 – Resultados dos ensaios de lixiviação (mg L-1)................................. 62

Tabela 4.8 - Resultados dos ensaios de solubilização (mg L-1) ............................ 63

Tabela 4.9 - Dados de tamanhos de partículas das massas cerâmicas .............. 67

Tabela 4.10 - Limites de consistência de Atterberg e massa específica real ........ 68

Tabela 4.11 - Propriedades tecnológicas dos corpos cerâmicos após processo de

secagem em 110 ºC.............................................................................................. 69

Tabela 4.12 - Propriedades físico-mecânicas após queima.................................. 74

Tabela 4.13 - Análise de Weibull dos dados de tensão de ruptura à flexão dos

corpos cerâmicos para todas as temperaturas de queima.................................... 90

Tabela 4.14 - Propriedades físico-mecânicas dos corpos cerâmicos e argilas padrão

brasileiras após queima em 950 ºC...................................................................... 99

xi

Resumo da tese apresentada ao CCT-UENF como parte dos requisitos necessários

para obtenção do grau de Doutora em Engenharia e Ciências dos Materiais.

ESTUDO DA VALORIZAÇÃO E RECICLAGEM DE RESÍDUO PROVENIENTE

DE ESTAÇÃO DE TRATAMENTO DE ÁGUAS EM CERÂMICA VERMELHA

Elza Maria Senra de Oliveira 27 de agosto de 2004

Orientador: Prof. José Nilson França de Holanda

Neste trabalho foi desenvolvido um estudo sistemático sobre a incorporação

de resíduo proveniente da Estação de Tratamento de Água (ETA) da região de

Campos dos Goytacazes – RJ em massas argilosas, visando sua reciclagem no

campo da cerâmica vermelha. A reciclagem deste resíduo é uma excelente

alternativa para reutilização deste material e uma contribuição para práticas de

minimização de resíduos. O resíduo de ETAs foi investigado por meio de uma série

de ensaios de caracterização tais como: análise química (fluorescência de raios-x),

difração de raios-X, análise morfológica (MEV), comportamento térmico

(ATD/ATG/DTG), granulometria (peneiramento/sedimentação), capacidade de troca

catiônica e propriedades plásticas. O resíduo de ETAs foi adicionado até 15% em

peso à uma argila vermelha caulinítica da região de Campos dos Goytacazes-RJ. O

resíduo de ETAs é classificado como sendo Classe II – Não Inerte. As massas

cerâmicas preparadas foram compactadas por prensagem uniaxial e queimadas

entre 850oC e 1050oC, utilizando-se um ciclo de queima lento. Verificou-se que o

resíduo de ETAs é um material plástico de larga granulometria, bem como rico nos

minerais caulinita e quartzo com grande potencial para aproveitamento na indústria

xii

de cerâmica vermelha. O resíduo de ETAs, quando adicionado até 15% em peso,

influencia pouco às propriedades físicos-mecânicas dos corpos cerâmicos para

todos as temperaturas testadas. A microestrutura sinterizada dos corpos cerâmicos

contendo resíduo é similar ao da argila pura. Os dados de tensão de ruptura à

flexão dos corpos cerâmicos queimados são distribuídos de acordo com a

distribuição de Weibull. Os valores obtidos para o módulo Weibull estão

compreendidos na faixa de 4,4 - 10,2, para as dadas condições de testes. As

massas cerâmicas contendo resíduo de ETAs têm uso provável em produtos de

cerâmica vermelha para construção civil (tijolos, blocos cerâmicos e telhas),

dependendo da temperatura de queima.

xiii

Abstract of the thesis presented to CCT-UENF as part of the necessary

requirements for obtaining Ph.D degree in Materials Science and Engineering.

STUDY ON THE VALORIZATION AND RECYCLING OF WATERWORKS WASTE IN RED CERAMIC

Elza Maria Senra de Oliveira August 27, 2004

Advisor: Prof. José Nilson França de Holanda In this work a systematic study was done on the incorporation of waterworks

waste from Campos dos Goytacazes - RJ in a clayey mass, objectiving its recycling

in the red ceramic field. This waste recycling is an excellent alternative for material

reuse and waste minimization practices.

The ETAs waste was investigated by a series of characterizations such as

chemical analysis, X-ray diffraction, thermal analysis, morphological analysis,

particle size analysis, cathion exchange capacity, and plasticity. The ETAs waste

was added up to 15 wt.% to a kaolinitic clay from Campos dos Goytacazes-RJ

country. The ceramic masses prepared were compacted by uniaxial pressing and

sintered between 850 oC and 1050 oC using a slow firing cycle.

It was found that the ETAs waste is a plastic material with large granulometry,

and rich in minerals as kaolinite and quartz, with potential to be used as raw

material in the red ceramic industry. In addition, the ETAs waste classified as class

II – Non Inert. This waste, as added up to 15 wt.%, altered little the physical-

mechanical properties and densification behaviour as measured by specimens

testing. The sintered microstructure among the ETAs waste containing ceramic

bodies and pure clay is very similar. Flexural strength data for sintered ceramic

bodies are distributed according to a Weibull distribution. The obtained Weibull

modules are in the range of 4.4 - 10.2 for the given testing conditions. The

xiv

ETAs waste containing ceramic bodies have likely use in red ceramic for building

(bricks, ceramic bodies and roofing tiles), according to the firing temperature.

1

CAPÍTULO 1 – INTRODUÇÃO GERAL

Em muitos países, inclusive o Brasil, produtos de cerâmica vermelha,

tendo por base argila, constituem-se num dos materiais mais empregados na

indústria de construção civil. A razão desta preferência é devido à abundância de

jazidas de materiais argilosos, associando-se às facilidades de extração e

processamento, tornando o custo de fabricação de tijolos maciços, telhas, blocos

cerâmicos, lajotas de forros e pisos rústicos altamente atrativos em relação aos

materiais como blocos de cimento, painéis de madeira, telhas de amianto e pedras

decorativas.

Estima-se que a indústria de cerâmica vermelha seja atualmente uma

das principais fornecedoras de materiais para o setor de construção civil no Brasil.

De acordo com a Associação Brasileira de Cerâmica (ABC, 2004a), esta indústria

conta com cerca de 7.000 unidades produtoras (dados obtidos pela ABC em 2003),

em sua maioria micro ou de pequeno porte, é responsável por um faturamento

anual de aproximadamente 4,2 bilhões de reais, bem como a manutenção de cerca

de 224.000 empregos diretos no País. Além disso, a indústria de cerâmica

vermelha utiliza grandes quantidades por dia de matérias-primas argilosas naturais

para fabricação de cerca de 64.174.000 toneladas de peças por ano.

O enorme potencial para absorção de matérias-primas torna a indústria

de cerâmica vermelha altamente atrativa, com um dos mais importantes segmentos

industriais. Uma das alternativas mais viáveis na atualidade para o destino de

resíduos gerados em diferentes segmentos industriais consiste, basicamente, na

incorporação de um determinado percentual do resíduo na massa precursora de

argila antes de queimar, para fabricação de produtos de cerâmica vermelha

(Menezes et. al., 2002; Moreira et. al. 2003; e Uslu e Arol, 2004). Ressalta-se que

esta é uma tecnologia adequada na reciclagem de resíduos industriais e constitui-

se num dos aspectos implementação do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo

(MDL) preconizado pelo Ministério de Ciência e Tecnologia (MCT) do Governo

Federal. Ressalta-se que uma vez sendo ratificado o Protocolo de Quioto, estes

aspectos serão cada vez mais valorizados.

2

A problemática da incorporação de resíduos industriais em artefatos de

cerâmica vermelha está relacionada ao tipo específico de resíduo. Cada resíduo

corresponde a uma situação peculiar, a ser investigada e avaliada especificamente,

para levantar os efeitos deste resíduo sobre as condições de processamento e

propriedades finais relacionadas à sua utilização, devendo ser considerados a

fabricação, o uso do produto cerâmico estrutural e também o descarte após o uso.

Considerando-se o caso do resíduo gerado nas estações de tratamento

de águas (ETAs), é adequado dar um destino final correto nos aspectos legais e

técnico-científico. O objetivo é não causar danos ambientais provenientes do

resíduo em si e de acordo com as novas tendências mundiais nas estratégias de

gestão ambiental pertinentes a nova adequação das indústrias no que tange ao

desenvolvimento sustentável.

As tecnologias desenvolvidas até períodos mais recentes, no que tange

à inertização e/ou ao encapsulamento de resíduos através da incorporação com

massas argilosas, não previam sua utilização na construção civil e sim para que

fossem destinados a aterros industriais.

Esta situação de geração de resíduo com destino inadequado em

Estações de Tratamento de Água - ETAs não só é encontrada no Município de

Campos dos Goytacazes-RJ, mas em praticamente quase todos os Municípios do

Brasil que usam métodos tradicionais de tratamento de águas para adequação aos

requisitos de potabilidade e usos agrícolas, comerciais e industriais. Ressalta-se,

portanto, que tal problemática de resíduos de ETAs e seu destino final adequado ao

controle ambiental técnico-legal da atualidade é uma questão a ser solucionada

urgentemente.

A ETAs de Campos dos Goytacazes-RJ gera cerca de 30 toneladas/mês

de resíduo (lama) que varia em função dos meses de maior incidência, arraste de

sólidos e adição de produtos ao tratamento da água. Atualmente este resíduo é

lançado no Rio Paraíba do Sul, causando impacto ambiental significativo devido

aos sólidos existentes e produtos usados na ETAs.

Dentre as possibilidades para destino correto de tal resíduo, considera-

se na presente Tese de Doutorado, a incorporação do mesmo às massas argilosas

para cerâmica vermelha. Ressalta-se como um dos aspectos relevantes o fato da

região de Campos do Goytacazes encontrar-se instalado um dos

3

maiores pólos de cerâmica vermelha do Estado do Rio de Janeiro com cerca de

110 empresas instaladas (Holanda e Vieira, 2002). Este pólo cerâmico tem

capacidade suficiente para absorver todo o resíduo produzido localmente pela

Estação de Tratamento de Águas.

O resíduo de ETAs proveniente de Campos dos Goytacazes-RJ apesar

de ser abundante e de sua importância ambiental, ainda não é tratado ou utilizado

na cerâmica vermelha. Quais suas características físico-químicas e mineralógicas?

Em que classe de resíduo se enquadra? Qual a sua influência sobre o

processamento e comportamento de densificação de cerâmica vermelha? Qual sua

influência sobre as propriedades tecnológicas?

A presente Tese de Doutorado tem por objetivo principal estudar a

valorização e reciclagem do resíduo gerado na ETAs da região de Campos dos

Goytacazes para a fabricação de cerâmica vermelha para construção civil utilizando

a rota da tecnologia dos pós.

São também objetivos desse trabalho:

a) Estudar as características físico-químicas e mineralógicas do resíduo de

ETAs.

b) Produzir corpos cerâmicos com adição de até 15% em peso de resíduo de

ETAs.

c) Estudar o efeito da adição do resíduo de ETAs sobre as propriedades físico-

mecânicas após secagem e queima dos corpos cerâmicos, assim como

sobre a microestrutura sinterizada.

d) Analise estatística dos dados de resistência mecânica.

e) Avaliar o provável uso de resíduo de ETAs em cerâmica vermelha.

4

CAPÍTULO 2 - REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. Meio Ambiente

As atenções, na atualidade, estão ampliadas para a questão ambiental e

impulsionadas pela preocupação com a sustentabilidade da vida na Terra. Tudo

isto faz com que os seres humanos sejam obrigados a rever estas interações da

sociedade humana no delicado e complexo equilíbrio ambiental.

A Terra entrou num período de mudanças climáticas, hidrográficas e

biológicas que difere dos episódios anteriores de mudança global no sentido de que

a atual crise possui origem nas atividades humanas. Assim sendo é necessário

examinar o que se conhece sobre as dimensões humanas da mudança ambiental

global, identificando as maiores necessidades imediatas de conhecimento,

recomendando estratégias para a promoção desse conhecimento ao longo dos

próximos anos.

As mudanças ambientais globais podem ser entendidas verificando-se as

interações entre os sistemas ambientais, a atmosfera, a biosfera, a geosfera, a

hidrosfera e os sistemas humanos, inclusive econômicos, políticos, culturais e

sócio-tecnológicos (Stern et. al., 1993). Os sistemas encontram-se onde as ações

humanas proximamente causam mudança ambiental, ou seja, onde elas alteram

diretamente aspectos do meio ambiente, e onde as mudanças ambientais afetam

diretamente aquilo que os seres humanos valorizam. As principais questões sobre

as causas humanas envolvem as fontes subjacentes ou as forças sociais

propulsoras que dão origem às causas próximas de mudança global.

Praticamente todas as atividades humanas têm alguma pertinência

potencial à mudança ambiental global. Pesquisadores de uma variedade de áreas

têm estudado as interações dos seres humanos com o meio ambiente, comumente

dentro dos limites de disciplinas isoladas e quase sempre abaixo do nível global

(Stern et. al, 1993). Eles têm demonstrado que um complexo de variáveis sociais,

políticas, econômicas, tecnológicas e culturais, às vezes citado como forças

propulsoras, podem ser classificadas como: crescimento populacional; crescimento

econômico; mudanças tecnológicas e atitudes, convicção e valores.

5

Explicações do fator único das fontes antropogênicas de mudança ambiental

global tendem a ser enganosas, porque as forças propulsoras da mudança global

geralmente atuam em combinação, e as interações são dependentes do lugar,

tempo e nível de análise. O entendimento dos pontos de ligação é um grande

desafio científico que exigirá o desenvolvimento de novas equipes interdisciplinares

(Stern et. al., 1993).

O esforço de pesquisa deve incluir estudos, tanto em nível global como em

níveis geográficos locais, com forte ênfase em estudos comparativos nestes com

representação mundial. A pesquisa deve encaminhar a mesma questão em

diferentes escalas de tempo, examinar os elos existentes entre os níveis de análise

e entre as escalas de tempo. Deve explorar também as formas em que as forças

humanas que provocam a mudança ambiental também são afetadas por ela, como

mostrado de forma adaptada e resumida na Figura 2.1 (Stern et. al., 1993), as

interações das ações humanas e do meio ambiente.

Figura 2.1 – Interações das ações humanas e do meio ambiente (Stern et al., 1993).

Os fatos concretamente inseridos no cotidiano sobre o meio ambiente

interagem com senso comum e valores pré-estabelecidos, promovendo um

questionamento dessa realidade, submetendo a uma nova valorização e

produzindo, conseqüentemente, novos redimensionamentos de conceitos, normas,

padrões e atitudes, de forma dialética. Isto pode ser visto de forma adaptada e

simplificada na Figura 3.2 (Stern et al., 1993), criando novos paradigmas para a

questão ambiental dialeticamente transformado.

Figura 2.2 – Interação fato-valor-norma (Stern et al., 1993).

1 AÇÕES HUMANAS 2 MEIO AMBIENTE

FATO VALOR NORMA

6

Os recursos naturais são fontes de matérias-primas para inúmeras

aplicações no sistema produtivo. Por sua vez a produção se faz muitas vezes sem

se avaliar a degradação gerada na retirada da matéria-prima e geração de energia

como também a geração de resíduos. Estes aspectos alcançam na atualidade

proporções indescritíveis e conseqüências nem sempre previsíveis.

A interação de forças desta atuação humana faz-se sentir no equilíbrio

ambiental planetário, em sistemas físicos, químicos e biológicos de alta

complexidade, demandando estudos interdisciplinares de diferentes abordagens. A

intervenção tem que ser eficaz, eficiente e contínua na tentativa de administrar

forças antagônicas, causadoras de uma crise ambiental sem precedentes na

história da humanidade.

Pode-se, simplificadamente, tentar estabelecer as relações e inter-relações

existentes entre tais abordagens, buscando soluções sustentáveis para este

estudo. A Figura 2.3 mostra uma visão adaptada e simplificada dos diferentes

aspectos envolvidos, as interfaces, as interdependências da análise do problema

em questão.

Figura 2.3 - Visão simplificada das relações envolvidas.

MEIO AMBIENTE

GESTÃO AMBIENTAL

MATERIAIS CERÂMICOS

TRATAMENTO DE ÁGUA

RESÍDUOS GERADOS NO TRATAMENTO DE

ÁGUA

7

2.2 - Gestão Ambiental Num tempo marcado por rápidas e profundas transformações e mudanças

científicas, tecnológicas, sociais, políticas e econômicas, torna-se indispensável um

planejamento seguro e eficaz nas tomadas de decisões. Os aspectos

organizacionais são marcados pela desenfreada busca de soluções imediatas para

continuidade e sobrevivência dos empreendimentos, tanto quanto aos aspectos

relacionados aos avanços e às inovações tecnológicas, como aos da

sustentabilidade planetária.

A Gestão Ambiental, restringida ao aspecto compartimentado, na medida do

possível, pelo espaço produtivo faz-se indispensável. Sendo uma forma de uma

organização administrar suas relações e as atividades com o meio ambiente que as

abriga, observadas as expectativas das partes interessadas, ou seja, a gestão pela

qualidade total (Viterbo, 1998). Viterbo estabelece ainda como metas na gestão

ambiental a manutenção de todas as formas de vida e o desenvolvimento

sustentável. A maior dificuldade encontrada é o equilíbrio, a compatibilidade entre

o desenvolvimento e a preservação e sustentabilidade terrestre.

Almeida et al (2000), estabelece uma visão da produção industrial tendo

como entradas: matéria-prima, produtos auxiliares, água, ar, energia, outros; e

saídas os produtos propriamente ditos, efluentes líquidos, emissões para

atmosfera, resíduos sólidos e energia.

Por outro lado, com o suprimento de diferenças legislativas entre países e

regiões começou a surgir uma forma de linguagem comum em níveis internacionais

para expressar conformidade com a gestão ambiental, como as Normas da Série

ISO-14.000, responsável por diferentes assuntos relacionados ao meio ambiente

industrial.

Em países desenvolvidos, as questões ambientais estão entre as três

primeiras prioridades da população, após emprego e saúde. No Brasil a legislação

está tornando-se mais rigorosa e complexa. Os acionistas não querem correr o

risco de comprometerem resultados em função de problemas ambientais, e os

investidores e agentes financeiros exigem avaliações ambientais antes da

concretização de qualquer negócio. Depreende-se daí que voluntária ou

involuntariamente, mais cedo ou mais tarde, as empresas terão que ampliar seu

sistema de gestão de modo a tratar de forma condizente a questão ambiental,

internalizando todos os problemas referentes a gestão de resíduos.

8

Nos parâmetros destinados à qualidade ambiental não se pode perder de

vista os diferentes aspectos na atmosfera, nas águas e no solo. A Figura 2.4

representa, de forma adaptada e simplificada, os sistemas naturais (Viterbo, 1998),

que possuem entre si, estreita relação.

Figura 2.4 - Representação simplificada dos sistemas naturais (Viterbo, 1998).

2.2.1 - Poluição Atmosférica e Tratamento de Resíduos Gasosos A atmosfera ou ar é um composto gasoso com mais de mil quilômetros de

espessura que envolve o globo terrestre. A ação que a força da gravidade exerce

sobre suas moléculas assegura a presença constante deste invólucro de vital

importância para a sobrevivência do homem na Terra. A composição do ar ao

longo das eras foi caracterizada por grandes transformações, contudo devido à

lentidão destas, podemos considerar que as concentrações da maioria de seus

gases mantêm-se praticamente constante em equilíbrio dinâmico em nossa era. Até

os 100 km de altitude são encontradas quantidades proporcionais, em volume, de

Nitrogênio (78,084 %), Oxigênio (20,9476 %), Argônio (0,934 %), Dióxido de

carbono (0,0314 %), Neônio (0,001818 %), Hélio (0,00524 %), Dióxido de Enxofre

(0,0001 %) e Hidrogênio (0,00005 %).

O ar constitui-se um dos elementos básicos de todo ser vivo. É do ar que os

seres vivos retiram o oxigênio necessário à oxidação dos compostos orgânicos

para a síntese de energia, exceto os peixes que tiram do oxigênio da água.

Com o advento da industrialização, a poluição atmosférica agravou-se,

adquirindo um aspecto inquietante crescente, principalmente em grandes cidades.

Isto tem provocado os chamados efeitos ambientais globais, no agravamento do

ÁGUA SOLO

AR

9

efeito estufa, na degradação da camada de ozônio, nas chuvas ácidas, com

conseqüências catastróficas no clima, nos níveis oceânicos, entre outros. Em torno

das questões atmosféricas gravitam as mais sérias questões envolvendo, na atual

conjuntura, a sobrevivência do ser humano. Entre os componentes atmosféricos

essenciais para a sobrevivência dos seres vivos merecem especial destaque o

oxigênio e o gás carbônico, devido aos desequilíbrios ecológicos decorrentes de

alterações em suas concentrações como resultado da atividade humana (Baird,

2002).

Na formação da Terra, há cerca de 4,6 bilhões de anos, a atmosfera era

composta basicamente de metano (CH4), amônia (NH3), vapor de água e

hidrogênio. O gás carbônico é encontrado em uma concentração média de 0,003

%, variando de 0,01 a 0,1 % de acordo com as variações de emissão natural que

ocorrem em diferentes regiões da superfície do planeta.

O oxigênio só surgiu há aproximadamente 2,4 bilhões de anos como

subproduto da fotossíntese de organismos anaeróbicos. Este gás, então nocivo

para os seres primitivos, foi de vital importância para a evolução biológica (Baird,

2002).

As radiações ultravioletas, nocivas à vida, tiveram seus efeitos atenuados a

partir da formação do oxigênio atmosférico, possibilitando maior desenvolvimento

dos seres vivos. Nas camadas atmosféricas superiores a molécula de oxigênio, por

ação dos raios ultravioleta, é decomposta em sua forma atômica, que reagindo com

o oxigênio molecular produz ozônio. A camada de ozônio formada constitui uma

barreira às radiações ultravioleta nocivas, diminuindo sua incidência na superfície

terrestre.

Com a formação do oxigênio atmosférico, os seres primitivos foram

desenvolvendo mecanismos contra a ação letal deste gás, possibilitando o

aparecimento de seres aeróbicos.

O gás carbônico (CO2) origina-se, principalmente, durante a queima de

matéria orgânica. Os processos de respiração biológica “queimam” compostos

orgânicos na presença do oxigênio, liberando gás carbônico, água e energia. O

gás carbônico é então utilizado pelos organismos autótrofos como matéria-prima na

síntese de compostos orgânicos através de suas atividades fotossintéticas, sendo

fundamental a sua participação na produção do oxigênio atmosférico através dos

seres fotossintetizadores.

10

O gás carbônico também contribui para o equilíbrio térmico do planeta,

retendo as radiações infravermelhas do sol entre o solo e a atmosfera, evitando a

perda de calor para o espaço e o conseqüente resfriamento excessivo do planeta,

tornando possível a vida na Terra (Baird, 2002). Em excesso é um dos principais

causadores do aquecimento global.

Existe poluição do ar quando a presença de uma substância estranha, ou

uma variação importante na proporção de seus constituintes tem a possibilidade de

provocar efeitos prejudiciais ou doenças, tendo em conta os conhecimentos

científicos do momento.

Diversas atividades do homem lançam na atmosfera quantidades

consideráveis de poluentes gasosos e materiais particulados que podem causar

danos aos seres vivos.

De acordo com a Organização Mundial de Saúde - OMS (2002), a “poluição

do ar é qualquer forma de matéria ou energia com intensidade e em quantidade,

concentração, tempo ou características em desacordo com os níveis estabelecidos,

e que tornem ou possam tornar o ar: I - Impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde; II -

Inconvenientes ao bem estar público; III - Danos materiais à fauna e flora; IV -

Prejudiciais à segurança, ao uso e gozo de propriedade e às atividades normais da

comunidade.”

Os níveis de pureza do ar, de acordo com a OMS podem ser classificados

em: a) Nível I: as concentrações e durações de exposição são iguais ou inferiores

aos valores para os quais não se observa nenhum efeito, direto ou indireto, dado o

atual estágio de nossos conhecimentos; b) Nível II: as concentrações e durações

de exposição são iguais ou superiores aos valores para os quais observam irritação

dos órgãos dos sentidos, efeitos prejudiciais à vegetação, redução da visibilidade

ou outros efeitos prejudiciais ao meio ambiente; c) Nível III: As concentrações e

durações de exposição são iguais ou superiores aos valores para os quais,

provavelmente haverá um ataque às condições fisiológicas vitais ou então

alterações que podem provocar doenças crônicas ou inclusive morte prematura; e

d) Nível IV: As concentrações e tempo de exposição são iguais ou superiores aos

valores para os quais haverá doença grave ou morte prematura em grupos

vulneráveis da população.

As conseqüências, em longo prazo, da poluição atmosférica no homem são

pouco conhecidas e difíceis de apreciar. Entre as doenças que ocorrem com maior

11

freqüência e se associam à poluição do ar estão as lesões bronco-pulmonares:

bronquites, asma e enfisema pulmonares (OMS, 2002).

Pode-se classificar os poluentes do ar quanto a sua origem: agente poluidor

primário e secundário.

A poluição atmosférica ocorre em três fases: lançamento dos poluentes

pelas fontes poluidoras (emissão); transporte e difusão dos poluentes na atmosfera

(dispersão); e recepção dos poluentes nos seres vivos e no meio ambiente

(imissão).

A dispersão dos poluentes na atmosfera depende, em primeiro lugar, das

condições meteorológicas e depois dos parâmetros e condições em que se produz

essa emissão na fonte, ou seja, a velocidade, concentração, vazão e temperatura

dos gases (Baird, 2002). As condições meteorológicas influem decisivamente na

nuvem de dispersão da poluição. Existem programas simuladores, que acoplados a

sensores meteorológicos, conseguem prever o efeito da poluição sobre as

populações vizinhas à instalação industrial. Para qualquer distribuição dos focos de

contaminação, a difusão das impurezas está amplamente relacionada com a

mudança dos ventos e de temperatura existente na camada de ar, sendo, portanto

a intensidade e direção dos ventos os fatores que mais influenciam a extensão da

nuvem dos contaminantes e a sua dispersão.

As fontes de origem dos agentes poluentes gasosos ou sólidos que se

encontram em dispersão na atmosfera são: origem natural, processos industriais e

veículos motorizados.

Os principais poluentes atmosféricos são (Baird, 2002): compostos

nitrogenados, óxidos de carbono, compostos sulfurosos, hidrocarbonetos e

aldeídos.

Os metais tóxicos e os pesados que possam ser volatilizados podem causar

severos danos ao sistema nervoso devido ao seu poder cumulativo.

Os materiais particulados são formados por partículas sólidas ou líquidas

que se encontram em suspensão na atmosfera (aerossóis) (Baird, 2002). Na

atmosfera terrestre encontramos materiais particulados de origem natural, como

poeiras oriundas de erupções vulcânicas, partículas do solo que são arrastadas

pelo vento e o pólen das plantas. A queima de madeira, carvão ou óleo lançam à

atmosfera pequenas partículas de carbono na forma de fuligem. O

manufaturamento de vários produtos, como aço e borracha, a construção civil, a

12

descarga de veículos automotivos, a indústria de fertilizantes, o uso de pesticidas e

herbicidas e muitas outras atividades humanas contribuem com o lançamento de

materiais particulados na atmosfera.

Estes são nocivos aos seres vivos não só pelos efeitos tóxicos, devido às

características químicas de certos poluentes, mas também pelos mecanismos

físicos de obstrução que podem agravar problemas pulmonares no homem e

causam diminuição da capacidade fotossintética nos vegetais. O material

particulado também provoca diminuição da visibilidade atmosférica, alterações na

temperatura terrestre e deterioração de materiais.

Os fenômenos ambientais decorrentes de poluentes atmosféricos e com

efeitos ambientais em níveis globais mais significativos são a destruição da camada

de ozônio, as chuvas ácidas e “efeito estufa”.

No atual contexto científico e tecnológico é importante controlar a poluição

atmosférica na origem, substituindo matérias-primas, mudando processos

produtivos ou tecnológicos.

Nos aspectos legais em nível nacional podemos citar a Resolução CONAMA,

de 28 de junho de 1990, que estabelece no art. 3 os Padrões de Qualidade do Ar.

No âmbito do Estado do Rio de Janeiro, a FEEMA (2004) estabelece condições

para controle da poluição atmosférica através de: DZ 1314 - Diretriz para

Licenciamento de Processos de Destruição Térmica de Resíduos; NT 574 -

Padrões de Emissão de Poluentes do Ar para Processo de Destruição Térmica de

Resíduos; IT 1315 - Instrução Técnica para Requerimento de Licenças para

Unidades de Destruição Térmica de Resíduos.

Os equipamentos mais comuns para o tratamento dos gases gerados na

chaminé são: para remoção de partículas (câmaras de sedimentação, ciclones,

filtros de manga e precipitadores eletrostáticos); para remoção de partículas e

absorção de gases: lavadores de gases, torres e pós-queimadores; para absorção

de gases: lavadores de gases, torres, absorção com filtro de carvão e pós-

queimadores catalíticos.

O monitoramento das emissões dos poluentes pode ser feito através de

amostragem de fontes estacionárias, a amostragem de chaminé. O procedimento

consiste em coletar uma amostra de gás representativa do processo em questão,

em determinados pontos, para ser submetida à análise compatível com o

parâmetro a ser analisado.

13

2.2.2 - Poluição das águas e tratamento O ambiente aquático é um bioma complexo pela multiplicidade de fatores

que interferem nos ecossistemas presentes. Cobrindo extensa superfície terrestre

na forma de riachos, corredeiras, lagos, rios, mares e oceanos, possui

características específicas de acordo com a natureza do solo ao longo do curso de

água, clima, teor de salinidade, velocidade das águas, gases e nutrientes

dissolvidos, levando ao desenvolvimento de espécies específicas para cada

ambiente.

Sendo necessária a todos os processos básicos da vida, é um recurso

natural encontrado em grande quantidade na superfície da terra. O seu uso

desordenado, de forma ao não abrigar os preceitos de sustentabilidade, com a

atuação poluidora provocam seu esgotamento (Branco, 2000). A água apresenta

propriedades peculiares, comuns a cada sistema hídrico possibilitando a existência

da vida. Uma das suas características é a ocorrência no estado líquido nas

condições de pressão e temperatura existentes na Terra.

A Organização Mundial de Saúde (Richter, 2001) conceitua que há

“poluição da água quando a sua composição ou o seu estado estão de tal modo

alterados que já não reúnem as condições necessárias (propriedades físicas,

químicas e biológicas) para as utilizações para as quais estava destinada no seu

estado natural”.

Dentre as propriedades e caracterizações físico-químicas da água que se

destacam por sua importância do ponto de vista ecológico tem-se (Richter, 2001):

calor específico; tensão superficial; peso específico; viscosidade; gases dissolvidos;

sais minerais dissolvidos e matéria orgânica; cor da água; e turbidez.

Diante de tal quadro, torna-se extremamente necessário o tratamento de

efluentes antes de serem despejados nos sistemas hídricos. Os efluentes

provenientes de diversas atividades podem ser classificados em dois grupos

principais: efluentes domésticos e industriais, considerando-se também que regiões

agrícolas podem gerar grandes desequilíbrios por acréscimo de nutrientes e sais

minerais (nitrogênio, fósforo, potássio, dentre outros).

Dentre os produtos presentes nas águas descartadas nos processos

industriais podem ser citados (Richter, 2001): matérias orgânicas solúveis (causam

diminuição do oxigênio contido nos rios, além de produzir sabor e odor

indesejados); substâncias tóxicas e íons de metal pesado tais como cianetos,

14

mercúrio, cádmio, zinco (apresentam problemas de toxidade através da cadeia

alimentar, podendo chegar a causar a morte de todas as espécies); cor e turbidez

(indesejáveis esteticamente); elementos nutritivos (aumentam o processo de

envelhecimento de lagos e pântanos); ácidos e álcalis (interferem na decomposição

biológica e na vida aquática); tensoativos não biodegradáveis – formam espumas

nos rios e não removidos pelos tratamentos convencionais; temperatura (poluição

térmica que conduz ao esgotamento do oxigênio dissolvido e modifica o

ecossistema). Dentre as formas de avaliação dos poluentes podemos citar:

oxigênio dissolvido (OD; demanda bioquímica de oxigênio (DBO); demanda

química de oxigênio (DQO); organismos patogênicos; sólidos totais; sólidos

sedimentáveis; temperatura; potencial hidrogeniônico (pH). Também no tratamento

de água potável e no de esgoto municipal diversos produtos podem ser

descartados nos sistemas hídricos.

A legislação federal estabelece normas e padrões para qualidade das

águas e dá outras providências através da Resolução CONAMA no 20/86 que no

art. 21 estabelece padrões de efluentes para as fontes poluidoras. A água para

consumo deve estar de acordo com os padrões internacionais de potabilidade

segundo a Resolução CONAMA Nº 20 (CONAMA, 1987) que estabelece

parâmetros ambientais potencialmente a serem seguidos (teores mínimos e

máximos).

O tratamento pode ser dividido em vários estágios: primário, secundário e

terciário, conforme ilustrado na Figura 2.4 (Hammer, 2000).

O tratamento das águas para o consumo envolve diversas etapas, tais

como a pré-clarificação das águas, a coagulação, a pré-decantação, a clarificação,

a filtração e a cloração.

A pré-clarificação das águas é empregada para a remoção de sólidos

suspensos (turbidez) nas águas. A extensão desta remoção de impurezas depende

do equipamento e do tratamento químico empregado na clarificação. Os sólidos

suspensos consistem de partículas insolúveis e de sedimentação lenta. O tempo de

sedimentação em função das partículas está descrito na Tabela 2.1

(Richter, 2001).

15

Figura 2.4 - Tratamentos de água simplificado (Richter, 2001).

O processo puro e simples de decantação é aquele aplicado quando a água

apresenta sólidos em suspensão em condições de decantar normalmente sem o

auxilio do processo de floculação. A pré-decantação é empregada para separar

partículas suspensas de grande tamanho, acima de 10 µm (Tratamento de Águas,

2004). Para que isto ocorra é necessário que haja um tempo de retenção, no pré-

decantador, suficiente para que ocorra o processo. O tempo de retenção

necessário é calculado considerando-se os seguintes fatores: porcentagem de

remoção de sólidos suspensos; profundidade do decantador; velocidade de

sedimentação das partículas; dimensões do decantador; velocidade de passagem

da água pelo equipamento. A velocidade de sedimentação de uma partícula que se

decanta através de uma distância equivalente a profundidade do tanque

decantador, num período de retenção específico, pode ser considerado como

velocidade de passagem da água. Uma pré-decantação deveria, quando aplicada

corretamente apresentar a água livre de areia e outros sólidos maiores, e água com

turbidez inferior a 100 ppm.

A clarificação, propriamente dita, é o processo utilizado para remover sólidos

em suspensão, quando a pré-decantação não for suficiente para fornecer uma água

com as especificações adequadas. O processo envolve duas etapas que são:

coagulação e sedimentação.

Tabela 2.1 - Tempo de sedimentação das partículas (Tratamento de águas, 2004).

Sólidos Suspensos Tempo para decantação Areia grossa Segundos

Areia fina Minutos

Barro Horas

Argila Anos

TRATAMENTO PRELIMINAR

TRATAMENTO PRIMÁRIO

TRATAMENTO SECUNDÁRIO

TRATAMENTO TERCIÁRIO

LAMAS

ESTABILIZAÇÃOSECAGEM

DAS LAMAS

16

A coagulação resulta de dois mecanismos básicos: a coagulação

eletrocinética, onde o potencial zeta é reduzido por íons ou colóides de cargas

opostas e a ortocinética, onde as miscelas se agregam e formam flocos que

aglomeram as partículas em suspensão. Para ocorrer coagulação, é necessária a

adição de cátions de alumínio ou ferro. Os compostos geralmente usados para

fornecer estes cátions são sais de reação ácida, conforme mostrado na Tabela 2.2

(Tratamento de Águas, 2004). O coagulante mais popular empregado em

tratamentos primários de água é o sulfato de alumínio.

Tabela 2.2 - Coagulantes usados em tratamento de águas (tratamento de

águas, 2004).

Coagulante Fórmula Sulfato de alumínio Al2(SO4)3 . 18 H2O Alumen Amoniacal Al2(SO4)3 . (NH4)2SO4 . 24 H2O Alumen Potássico Al2(SO4)3 . K2SO4 . 24 H2O Sulfato Ferroso FeSO4 . 7 H2O Sulfato Ferroso Clorado FeSO4 . 7 H2O . (1/2 Cl2 ) Sulfato Férrico Fe2(SO4)3 Cloreto Férrico FeCl3. 6H2O

Até a introdução dos materiais sintéticos, como coadjuvantes de floculação,

chamados de polímeros polieletrólitos, a sílica ativada não possuía nenhum

competidor sério em clarificação de água. Além de serem nitidamente superiores

estes produtos possuem a vantagem de serem economicamente mais vantajosos.

Estes polieletrólitos podem ser classificados, com base no tipo de carga da cadeia

polimérica, em catiônicos, aniônicos e não iônicos. No Brasil, devido às

características de nossas águas e sólidos suspensos, somente os aniônicos e não

iônicos encontram a sua melhor aplicação (Tratamento de Águas, 2004). A

vantagem principal que os polieletrólitos oferecem é o tamanho avantajado de

flocos, que proporcionam maior velocidade de sedimentação. Todos os

polieletrólitos têm um limite máximo de dosagem após o qual, eles se tornam

dispersantes e antieconômicos. A descrição do mecanismo de ação dos

polieletrólitos está fora do escopo deste trabalho.

A filtração é a passagem de água através de um meio poroso para remover

matéria suspensa. O tipo de matéria suspensa a ser removida depende da água,

17

que pode ser bruta ou tratada, ou seja, a fonte original de água pode ser um rio,

riacho, lago ou poço. Existem muitos tipos de filtros para remover matéria suspensa

da água. Estes incluem os filtros de cartucho, de gravidade, de pressão e

autolavável (Tratamento de Águas, 2004). Os mais comumente encontrados em

tratamento de água industrial são os filtros de gravidade, de pressão e autolavável.

Filtros eficientes devem produzir água com turbidez inferior a 2 mg/l. Como o

próprio nome já diz, a água é distribuída e passada verticalmente, de cima para

baixo, pelo filtro, por gravidade e comumente o meio filtrante é areia suportada por

pedra. Um sistema de drenagem compõe-se de um tubo principal, com

ramificações perfuradas ou com fundos falsos com distribuidores especiais. A

camada de pedra tem em geral espessura determinada, sendo classificada.

Denomina-se de cloração (Tratamento de Águas, 2004) a operação de

injeção de um composto químico clorado, altamente oxidante, na água. A finalidade

desta operação é oxidar os materiais oxidáveis. Quando a cloração é efetuada logo

após a captação de água, ela é chamada de pré-cloração e esta é usada para

oxidar, com o objetivo de modificar o caráter químico da água. A pós-cloração, por

sua vez, é utilizada com o propósito de desinfecção. A desinfecção é o objetivo

principal da cloração. Atualmente os termos cloração e desinfecção são cada vez

mais equivalentes, apesar do cloro poder ser usado com outros propósitos sem ser

o da desinfecção. Tanto o cloro como os compostos clorados, são oxidantes que

podem reagir com uma grande variedade de compostos orgânicos e inorgânicos na

água, antes de produzir qualquer efeito de desinfecção. A diversificação e a

velocidade das reações dificultam o uso do cloro, especialmente se a água estiver

muito contaminada. O potencial de oxi-redução pode ser considerado como a

medida da tendência de reação com vários materiais, porém não oferece nenhuma

indicação sobre o regime ou a velocidade de reações.

Existem diversos tipos de compostos químicos utilizáveis para efetuar uma

cloração, e dentre os mais comuns podemos citar os seguintes: Cl2 - cloro (gás

CaCl2), CaCl2 - cloreto de cálcio, Ca(ClO)2 - hipoclorito de cálcio e NaClO -

hipoclorito de sódio. Como resultados esperados no processo de cloração podemos

citar, os seguintes: oxidação da matéria orgânica e inorgânica, removendo cor da

água e auxiliando o processo de clarificação; controle

18

microbiológico do sistema, evitando o desenvolvimento de microorganismos que

alteram a operação do sistema; e desinfecção da água.

2.3 - Resíduos Sólidos e Tratamentos

Os resíduos sólidos podem ser municipais (lixo doméstico) e industriais.

Estes resíduos são processados basicamente de quatro maneiras (FEEMA,

1998):

a) Incineração - este método de disposição dos resíduos sólidos reduz até

85% o peso e 95% o volume dos mesmos. No entanto, é um tratamento caro, visto

que o incinerador deve funcionar em temperaturas elevadas que possibilitem a

queima total dos resíduos sólidos e a sua transformação em material estável e

inofensivo. Além disso, o incinerador deve permitir a utilização adequada de

métodos de retenção do material particulado e gases nocivos, evitando a

transferência para a atmosfera;

b) Compostagem - consiste na decomposição biológica controlada do lixo

orgânico, que deve ser previamente separado dos outros resíduos;

c) Utilização de biodigestor - finalidade principal é o aproveitamento

energético dos gases do lixo;

d) Aterro sanitário - disposição dos resíduos sob o solo segundo padrões de

modo evitar danos ambientais.

Os resíduos industriais são peculiares a suas atividades particulares de

manufaturamento e cabe a fonte geradora identificá-los e classificá-los de acordo

com a Norma NBR - 10004 (ABNT, 1987a) e 10.005 (ABNT, 1987b), 10.006 (ABNT,

1987c) e 10.007 (ABNT, 1987d). O gerenciamento de resíduos industriais engloba

padrões de armazenamento, manuseio, transporte e tratamento para que possam

ser dispostos de maneira adequada com o objetivo de evitar danos e acidentes

ambientais. Atualmente, na gestão ambiental, além de estudos para que seja

conseguida uma correta disposição dos mesmos há uma tendência a nível mundial

de minimização ou extinção. No Estado do Rio de Janeiro a FEEMA FEEMA ,

2004) estabelece padrões para:

DZ 1314 - Diretriz para Licenciamento de Processos de Destruição Térmica

de Resíduos com o objetivo de estabelecer Diretrizes para o licenciamento

de processos de destruição térmica de resíduos, como parte integrante do

Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras - SLAP.

19

NT 574 - Padrões de Emissão de Poluentes do Ar para Processo de

Destruição Térmica de Resíduos com o objetivo de estabelecer padrões de

emissão de poluentes do ar para processos de destruição térmica de

resíduos, como parte integrante do Sistema de Licenciamento de Atividades

Poluidoras - SLAP.

IT 1315 - Instrução Técnica para Requerimento de Licenças para Unidades

de Destruição Térmica de Resíduos com o objetivo de definir a

documentação que deverá ser apresentada à Fundação Estadual de

Engenharia de Meio Ambiente - Feema, por ocasião dos requerimentos para

Licença Prévia de Instalação (LI) e Licença de Operação (LO), para

Unidades de Destruição Térmica de resíduos, como parte integrante do

Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras - SLAP.

2.4 - Resíduos das Estações de Tratamento de Água O destino dos resíduos das estações de tratamento de águas tem sido, ao

longo dos anos, os sistemas hídricos mais próximos. O aumento da consciência

ambiental, e as preocupações legítimas sobre a questão, envolveram uma nova

sistematização para tentar mitigar tais impactos ambientais.

Dentre os métodos alternativos de disposição de lodos que comumente são

usados pode-se citar (Richter, 2001): lançamento nas redes coletoras, em lagoas

com largo tempo de detenção, aplicação em aterro sanitário, aproveitamento de

subprodutos. Exceto o primeiro, os demais métodos exigem a desidratação do lodo

de modo a facilitar o manuseio e o transporte com a redução do volume e

densidade. Os métodos usados para isto estão sendo testados com procedimentos

não mecânicos como lagoas e leitos de secagem e os mecânicos como: filtração a

vácuo, filtros prensas, centrifugação e filtros prensa de correia. Tais procedimentos

são comumente atividades dispendiosas e o custo dos métodos cresce na

seqüência mostrada na Figura 2.6 (Richter, 2001).

Figura 2.6 - Custo crescente dos tipos de retirada de água (Richter, 2001).

PRENSA DESAGUADORA CENTRÍFUGA FILTRAÇÃO A VÁCUO LEITO DE SECAGEM

20

Atualmente o objetivo final do manejo de lodos é sua disposição em aterro,

com a necessidade de desidratá-lo a um teor de sólidos mínimo de 20 %. A Figura

2.7 representa uma estação de tratamento convencional e os lodos

correspondentes (Richter, 2001).

Água Bruta

Figura 2.7 – Fluxograma de uma estação convencional com tratamento de água e de resíduos (lodos) (Richter, 2001).

Para projetar um sistema de desidratação de lodos é necessário conhecer:

características do lodo; estimativa da quantidade de lodo produzida; métodos para

minimizar a quantidade de lodo produzida; e métodos de desidratação.

A forma mais comum de lodo das estações de tratamento de água é o

produto da coagulação da água bruta, tendo uma composição aproximada daquela,

acrescido dos produtos resultantes do coagulante usado (hidróxidos de alumínio ou

de ferro) (Bernardo et al, 2002). Outra forma é o originado da precipitação de

carbonatos no abrandamento nas estações para a remoção de

descarga

Coagulação/ Floculação

Decantação ou flotação

Filtração

Desinfecção

Tanque de equalização

Tanque de equalização

Adensamento

Desidratação

lodo

Água de lavagem

Sobre-nadante

Disposição final

Água tratada

lavagem

21

dureza. De modo geral, as características do lodo variam com a natureza da água

bruta, dos processos unitários e produtos químicos aplicados. Considera-se

basicamente como constituídos de água e sólidos suspensos originalmente

contidos na fonte de água, acrescidos de produtos resultantes dos reagentes

aplicados à água nos processos de tratamento.

As fontes mais importantes são os lodos decantados ou flotados e a água de

lavagem dos filtros sendo que a porcentagem do lodo depende da sua origem. As

características dos lodos dependem primordialmente da cadeia de processos,

podendo incluir troca iônica e/ou separação por membranas (microfiltração,

ultrafiltração, osmose reversa, etc). Entretanto, estes processos são raramente

empregados sendo as categorias básicas: coagulação/filtração; abrandamento (ou

remoção de durezas) por precipitação (Richter, 2001).

2.5 - Cerâmica Vermelha Materiais cerâmicos ou cerâmicas compreendem, segundo a Associação

Brasileira de Cerâmica – ABC (ABC, 2004b) - “todos os materiais de emprego em

engenharia ou produtos químicos inorgânicos, excetuados os metais e suas ligas,

que se tornam utilizáveis comumente, pelo tratamento em temperaturas elevadas”.

Em geral, os materiais cerâmicos apresentam elevada resistência ao calor,

considerável resistência à oxidação e ao ataque químico, elevada resistência à

deformação plástica e alta rigidez mecânica. Além disso, são comumente bons

isolantes térmicos e elétricos. Possuem, em geral, baixa resistência ao impacto e

grande variação da resistência à fratura.

Os materiais cerâmicos podem ser classificados da seguinte forma (ABC,

2004b): cerâmica vermelha, cerâmica branca, materiais refratários, isolantes

térmicos, fritas e corantes, abrasivos, vidros, cimento e cal. Esta classificação feita

pela ABC é realizada considerando-se diversos fatores como matérias-primas,

propriedades e áreas de utilização.

O presente trabalho de pesquisa está fundamentalmente interessado no

segmento de cerâmica vermelha. Este segmento compreende aqueles materiais

com coloração avermelhados empregados na construção civil (tijolos maciços,

blocos cerâmicos, telhas, elementos vazados, tubos cerâmicos e argilas

expandidas) e também utensílios de uso doméstico e de adorno. Embora cada

22

produto de cerâmica vermelha tenha suas propriedades que o caracterizam,

existem duas propriedades comuns aos produtos de cerâmica vermelha: a)

estrutura porosa e b) a necessidade de queima durante o processamento (Robison,

1991).

Os produtos de cerâmica vermelha são fabricados a partir de matérias-

primas naturais. Estas matérias-primas são basicamente materiais denominados de

argila.

Argila é um material natural (Gomes, 1988; Santos, 1989), de textura terrosa,

sendo uma rocha finamente dividida, constituída essencialmente por minerais

argilosos (argilominerais), podendo conter outros minerais, os minerais não

argilosos (quartzo, gibsita, calcita, feldspatos, etc), além de matéria orgânica e

outras impurezas e, caracterizada por: a) possuir elevado teor de partículas < 2 µm;

b) quando pulverizada e misturada com água em quantidade adequada, torna-se

plástica; c) após secagem torna-se consistente e rígida; e d) após queima à

temperatura superior a 1000 ºC adquire elevada dureza.

As argilas usadas em cerâmica vermelha apresentam grande variabilidade

quanto à composição químico-mineralógica e suas propriedades (Santos, 1989).

Isto está relacionado à formação geológica e origem das argilas. Os produtos de

cerâmica vermelha são geralmente fabricados, a partir das misturas entre duas ou

mais argilas, em proporções adequadas.

No processo de fabricação de cerâmica vermelha, as argilas devidamente

beneficiadas são levadas para a etapa denominada de preparação de massa

(Motta et. al., 2001). Inicialmente é feita a dosagem e alimentação, na qual são

preparadas massa cerâmicas utilizando argilas nas proporções desejadas. Isto é

dependente das características individuais das argilas. Em seguida, a massa

argilosa é levada ao desintegrador, onde os torrões grandes de argila são

desintegrados. Na seqüência do processo a massa argilosa é laminada e

transformada em lâminas (pequenas tiras). A massa laminada é então umidificada

e misturada, no sentido de homogeneizá-la. Geralmente as massas argilosas para

cerâmica vermelha são umidificadas acima do limite plástico, no sentido de obter-se

uma massa com consistência plástica adequada para moldagem por extrusão.

Ressalta-se que uma massa argilosa para cerâmica vermelha bem preparada deve

contemplar um tempo de descanso da massa para que a água se

23

distribua de forma uniforme e para que as tensões internas acumuladas durante o

processo sejam aliviadas.

Na etapa de conformação mecânica do produto de cerâmica vermelha é

conferido um formato geométrico específico à massa argilosa. Os métodos de

conformação mais empregados são (Oller, 1981; Pracidelli, 1988): manual,

prensagem e extrusão. O método de conformação por extrusão é o mais usado em

cerâmica vermelha. Após conformação, as peças cerâmicas são submetidas a

processo de secagem no sentido de eliminar a água adicionada (Pracidelli, 1988).

As peças cerâmicas úmidas podem ser secas de dois métodos distintos, ou

combinação entre eles. Estes métodos são a secagem natural ao ar livre e

secagem artificial em câmaras quentes.

A etapa final do processo de fabricação de cerâmica vermelha é a queima ou

sinterização. Esta etapa é complexa e deve ser bem conduzida, utilizando-se um

ciclo de queima adequado (ciclo de queima: aquecimento, permanência por certo

tempo na temperatura de patamar, resfriamento). Em cerâmica vermelha é

recomendável o uso de um ciclo de queima lento, por exemplo, 24 h frio a frio, no

sentido de evitar defeitos nas peças cerâmicas. Durante o processo de queima

(Gomes, 1988; Pracidelli, 1988; Santos, 1989), os materiais argilosos sofrem uma

série de reações e transformações físico-químicas em temperaturas específicas

que alteram suas características iniciais, conferindo às peças cerâmicas as

propriedades finais desejadas.

2.6 - Incorporação de Resíduos

2.6.1. Aspectos gerais

A incorporação de resíduos oriundos de processos industriais apresenta

grande importância seja nos aspectos ambientais, tecnológicos ou sociais. A

atividade desenvolvida pelos seres humanos na sua luta por sobreviver esteve

sempre atrelada à utilização de recursos naturais. Esta atividade humana sempre

esteve atrelada a impactos ambientais. No entanto, somente quando a capacidade

de autodepuração e regeneração planetária passou a ficar comprometida é que

passamos a preocuparmos com esta situação de possibilidade de escassez e

comprometimento com necessidades que consideramos vitais.

24

Levando em consideração que o meio ambiente, por total saturação deixa de

possuir a capacidade de absorção de quantidades cada vez maiores de

excedentes, de resíduos, diferentes propostas passam a enfatizar a reciclagem dos

mesmos (Silva e Belo,1996).

Dentre os grandes problemas ambientais com os quais se defronta

atualmente a nossa sociedade, destaca-se a crescente geração de resíduos

industriais, decorrentes de práticas produtivas que se ampliam e sofisticam-se

continuamente, sem que simultaneamente desenvolvam-se técnicas e meios de se

mitigar tais impactos.

Há diversas alternativas no contexto da Engenharia Ambiental para o

descarte de resíduos sólidos, incluindo-se a incineração, aterro, tratamento de solo

(“landfarming”) e incorporação (Tchobanoglous et al., 1997). Destas alternativas, a

incorporação tem a vantagem de não deixar o próprio resíduo ou outros resíduos

secundários decorrentes, expostos ao ambiente. Um resíduo que é totalmente

incorporado, na forma de produto final, a um volume inerte de material (argila, solos

diversos, cimento, asfalto, etc.) perde sua identidade como resíduo (Peavy et al.,

1985).

Em princípio, a incorporação seria a maneira mais correta, ambientalmente,

de se dar destino para resíduos industriais. Isto está relacionado ao fato que se o

mesmo estabiliza, deixa de representar riscos de impactos ambientais, quando se

transforma em produto.

Somente quando o produto incorporado deixar de cumprir sua finalidade

proposta e tornar-se, por si, um outro resíduo, é que o originalmente incorporado

voltará novamente a ter identidade de resíduo, caso não esteja estabilizado,

constituindo-se impactos na utilização.

2.6.2 - Incorporação em cerâmica vermelha A incorporação de resíduos industriais em massas argilosas para fabricação

de cerâmica vermelha vem sendo, já há alguns anos, pesquisada como uma

alternativa tecnológica viável para o destino dos resíduos industriais diversos. De

acordo com Menezes et al (2002) isto é decorrente principalmente do fato de que

as massas argilosas usadas em cerâmica vermelha são por natureza

heterogêneas. As massas argilosas naturais são na verdade misturas de materiais

plásticos e não plásticos com larga variabilidade mineralógica, física e

25

química. Essas massas argilosas são, portanto tolerantes e aceitam a presença de

materiais residuais de diversos tipos e origens, mesmo quando adicionados em

quantidades significantes. Diversos trabalhos têm sido reportados na literatura

sobre a incorporação de resíduos industriais no campo da cerâmica vermelha. A

seguir serão discutidos sucintamente alguns destes trabalhos.

Costa e Ferreira (1984) estudaram a introdução de lodos industriais

contendo metais pesados em tijolos cerâmicos. Os resultados mostraram que é

tecnicamente viável a adoção do método de introdução de lodo contendo metais

pesados em tijolos de cerâmica vermelha, como alternativa de destinação para este

tipo de resíduo industrial. Além disto, indicaram não haver restrições à utilização

destes tijolos porque os metais presentes passaram a forma menos solúvel (limites

somente a Cádmio, Mercúrio, cianetos e cianatos).

Amaral e Domingues (1991) investigaram a aplicação de resíduos oleosos

proveniente do setor petrolífero, particularmente da área de refino, na fabricação de

materiais cerâmicos. Os resultados mostraram que a incorporação deste resíduo

em cerâmica vermelha constitui-se em uma alternativa viável para a disposição

deste resíduo poluente. Isto traria a vantagem de permitir uma destinação final sem

ônus e, assim lucraria o setor petrolífero, que tem hoje um custo apreciável para

tratamento e disposição do resíduo oleoso em diferentes processos (tratamento de

solo por biodegradação ou “landfarming”, encapsulamento, etc.). Por outro lado, a

adição de resíduos oleosos traria substancial redução de custos de produção, ou

seja, ganha a indústria cerâmica que obtém um aumento de produção de 30 a 80%.

Além disso, reduz seu consumo de combustível nos fornos, reduz os custos de

manutenção e uma possibilidade de redução de combustível (lenha). Ainda, foi

verificado que não houve prejuízos ao meio ambiente seja com impactos na

produção (emissão de poluentes) ou na utilização.

Zucchini et al (1993) estudaram a viabilidade de utilização de um resíduo

argiloso industrial proveniente de processo de descoramento de óleos hidráulicos

como aditivo para fabricação de cerâmica vermelha. Concluíram que em proporção

de até 20% de resíduo, sua adição na cerâmica vermelha trouxe as seguintes

vantagens ao produto: acentuou sua coloração vermelha, aumentou sua resistência

mecânica, aumentou seu isolamento térmico e diminuiu sua massa específica.

26

Domingues e Ulmann (1996) estudaram a incorporação de até 20 % em

peso de pó de aciaria em massas argilosas para fabricação de tijolos ecológicos.

Este resíduo é considerado como sendo perigoso. Os resultados dos testes

ambientais mostraram que o resíduo foi completamente inertizado na estrutura

cerâmica do tijolo. O resíduo também contribuiu para reduzir a temperatura de

queima de 890 ºC para 830 ºC, resultando em economia energética.

Silva et al (1997) estudaram a incorporação de resíduos sólidos inorgânicos

(cinza de carvão mineral), usado como combustível em termoelétrica, para

fabricação de cerâmica vermelha. Os resultados mostraram que a adição de até

40% de cinza atende ao uso em tijolos, blocos e telhas.

Grego et al (1998) observaram aumento na resistência à compressão de

blocos de cerâmica vermelha incorporada com um piche constituído de resíduo da

lixívia do glicerol.

Oliveira (1999) estudou a incorporação de resíduo à base de gesso até um

porcentual de 50%. Verificou que o resíduo adicionado reduz a resistência

mecânica e traz um pequeno decréscimo na massa específica aparente. A

absorção de água, porosidade aparente e retração linear, permaneceram

praticamente constantes com a incorporação de resíduos de gesso.

Santos (2000) estudou a incorporação de resíduo borra de petróleo

encapsulada da etapa de extração/exploração. Os resultados mostraram a

viabilidade do ponto de vista de propriedades físico-mecânicas da incorporação de

até 20 % em peso do resíduo borra de petróleo. Souza (2001) verificou que este

resíduo influencia o comportamento de densificação de cerâmica vermelha.

Oliveira (2002) estudou a incorporação de resíduo do setor siderúrgico em

cerâmica vermelha. Os resultados mostraram a viabilidade de se adicionar até 35%

em peso deste resíduo, sem que haja os comprometimentos das propriedades

físico-mecânicas destes corpos cerâmicos.

Cusidó et al (2003) estudou a re-utilização de lodo de esgoto urbano sem

qualquer tratamento prévio misturado com argilas para fabricação de cerâmica

vermelha. Os resultados mostraram que as cerâmicas incorporadas queimadas em

1000 ºC resultaram em tijolos mais leves, porém com melhor isolação térmica e

acústica, quando comparado com os tijolos convencionais. As emissões gasosas

relacionadas aos compostos orgânicos voláteis são inferiores aos limites

recomendados ou legais.

27

Uslu e Arol (2004) investigaram o uso de resíduo de boro em cerâmica

vermelha. Os resultados mostraram que a adição de até 30 % em peso de resíduo

melhorou a qualidade dos tijolos quando sinterizados entre 700 ºC e 900 ºC, com

respeito à resistência a compressão, absorção de água e massa específica

aparente.

2.6.3 - Incorporação de resíduos de ETAs em materiais cerâmicos Os resíduos gerados nas estações de tratamentos de águas, conforme

descrito anteriormente, são geralmente dispostos nos recursos hídricos próximos.

Este tipo de disposição nocivo ao meio ambiente vem sofrendo sérias restrições por

parte dos órgãos de fiscalização ambiental. Esta situação tem resultado na busca

de uma alternativa tecnológica viável para disposição dos resíduos de ETAs sem

degradar o meio ambiente. Neste contexto a cerâmica vermelha, devido as suas

características peculiares, apresenta-se como altamente atrativa para reciclagem

deste resíduo poluente. Apesar de já há algum tempo resíduos poluentes serem

incorporados em cerâmica vermelha, somente recentemente é que o resíduo vem

sendo testado neste campo. Na verdade existem poucos trabalhos relacionados à

incorporação de resíduo de ETAs. Alguns destes trabalhos são discutidos

sucintamente a seguir.

Em 2001, foi estudado por Santos et al, a possibilidade de reciclagem de

resíduo (lodo) proveniente da estação de tratamento de águas do município de São

Leopoldo-RS para fabricação de cerâmica vermelha para construção civil.

Inicialmente o resíduo de ETAs foi caracterizado quanto a sua composição física,

química e mineralógica. A análise mineralógica qualitativa por difração de raios-X

indicou que o resíduo é basicamente constituído de caulinita e quartzo. A

composição química obtida para o resíduo de ETAs é mostrada na Tabela 2. 3. O

resíduo de ETAs apresenta composição química semelhante aos das argilas

normalmente usadas em cerâmica vermelha. Além disso, é rico em SiO2 (34,80 %),

Al2O3 (22,30 %) e Fe2O3 (6,60 %).

O resíduo apresentou uma granulometria relativamente grosseira constituída

das seguintes frações: fração argila (6 %), fração silte (15 %), fração areia fina (21

%) e fração areia média (58 %). Os limites de Atterberg obtidos para o resíduo

foram: limite de liquidez (43,70 %), limite plástico (27,94 %) e índice de plasticidade

(15,76 %). Já os resultados dos ensaios de lixiviação e solubilidade

28

indicaram que o resíduo é classificado como Resíduo Classe II - Não Inerte. Este

resultado indica que o resíduo de ETAs pode ser incorporado em cerâmica

vermelha, já que não apresenta características de periculosidade, ou seja, não é

patogênico.

O resíduo de ETAs foi então adicionado até 15 % em peso numa massa

argilosa para cerâmica vermelha. As massas cerâmicas foram estrudadas e

queimadas nas temperaturas de 800 ºC, 850 ºC e 900 ºC, para um patamar de 3h.

Os resultados mostraram que a adição do resíduo de ETAs influenciou as

propriedades físico-mecânicas dos corpos cerâmicos. Em geral, verificou-se que a

absorção de água e a porosidade aparente aumentam, enquanto que a massa

específica aparente e tensão de ruptura à flexão diminuem. Verificou-se também

um aumento da perda ao fogo com a adição do resíduo. O resíduo de ETAs

também não alterou a cor de queima vermelha dos corpos cerâmicos. Por fim

concluiu-se a necessidade de elevação da temperatura de queima no sentido de

melhorar as propriedades físico-mecânicas dos corpos cerâmicos contendo resíduo

de ETAs.

Tabela 2.3 - Composição química do resíduo de ETAs (% em peso) de São Leopoldo-RS (Santos et al, 2001).

SiO2 34,80

Al2O3 22,30

Fe2O3 6,60

FeO 2,90

TiO2 0,94

CaO 0,40

MgO 0,69

MnO 0,17

K2O 0,57

Na2O 0,23

S (ppm) 2990

Ramires et al (2001) também estudaram a viabilidade do uso de resíduo de

ETAs da região de São Leopoldo-RS em cerâmica vermelha. Neste trabalho foram

29

avaliadas as propriedades físico-mecânicas de corpos cerâmicos contendo até 20

% em peso de resíduo, preparados por prensagem e queimados entre 1000 ºC e

1150 ºC. Os resultados mostram uma melhoria da absorção de água com a adição

do resíduo, para todas as temperaturas, principalmente para os corpos cerâmicos

contendo 5 e 10 % em peso de resíduo. Os resultados também mostram uma

diminuição da tensão de ruptura à flexão com a adição do resíduo. Além disso, os

resultados mostraram a possibilidade de reciclagem do resíduo de ETAs de São

Leopoldo-RS em cerâmica vermelha, desde que os corpos cerâmicos sejam

queimados acima de 1000 ºC.

Ueno et al (2004) também estudaram um resíduo proveniente de estação de

tratamento de águas, visando seu emprego em cerâmica vermelha. Os resultados

mostraram que o resíduo é constituído de argilominerais e quartzo. Também foi

verificada por microscopia eletrônica de varredura a presença de estruturas

fragmentadas e preservadas de diatomáceas. O resíduo apresentou uma lenta

perda ao fogo da ordem de 38 %, proveniente da volatização de material orgânico.

Um resíduo de ETAs proveniente da região metropolitana do Rio de Janeiro

tem sido estudado por Mothé et al (2004). Neste trabalho foi estudada a

possibilidade de uso direto do resíduo de ETAs, ou seja, sem incorporação em

massa argilosa. O comportamento térmico do resíduo foi avaliado através de

curvas de ATD/ATG/DTG. A curva de ATD do resíduo indicou três eventos

endotérmicos e um exotérmico. O primeiro evento a cerca de 100 ºC está

relacionado à água de umidade, o segundo em 270 ºC a dehidratação da gibsita, o

terceiro a 490 ºC é devido a desidroxilação da caulinita. Em 920 ºC ocorreu um

evento exotérmico relacionado à recristalização. A perda de massa total medida da

curva TG foi da ordem de 27 %. Este valor foi considerado relativamente alto e não

compatível com um material rico em caulinita. Os resultados de algumas

propriedades físicas (absorção de água, porosidade aparente e massa específica

aparente) de corpos cerâmicos preparados por prensagem e queimados em 900

ºC, indicaram que o resíduo de ETAs puro (100 %) não pode ser usado para

fabricação de tijolos. Os valores de absorção de água (59,3 ± 0,51 %), porosidade

aparente (63,5 ± 0,3 %) e massa específica aparente (1,06 ± 0,01 %), estão muito

aquém dos valores especificados em normas.

30

Teixeira et al (2004) estudaram o resíduo da ETAs/SABESP da região de

Presidente Prudente-SP, visando seu emprego em cerâmica vermelha. O resíduo

foi coletado mensalmente, junto com a turbidez e nível do rio que alimenta a

ETAs/SABESP de Presidente Prudente. A granulometria e o teor de matéria

orgânica foram determinados. Neste trabalho foi adicionado até 20 % em peso de

resíduo de ETAs numa massa argilosa usada para fabricação de tijolos. Corpos

cerâmicos foram preparados por prensagem e queimados entre 850 ºC e 1150 ºC.

A Tabela 2.4 mostra os dados granulométricos e teor de matéria orgânica do

resíduo em função do mês de coleta.

Tabela 2.4 - Dados granulométricos e teor de matéria orgânica do resíduo de ETAs/SABESP de Presidente Prudente-SP (Teixeira et al, 2004).

Mês argila (%)

Silte (%)

Areia (%)

Matéria Orgânica (%)

Abril 44,05 23,13 33,70 28,45

Maio 48,06 15,89 36,87 27,92

Junho 45,91 10,53 43,93 29,16

Julho 47,16 13,65 39,25 30,32

Agosto 31,20 9,40 59,90 33,73

Setembro 40,17 10,95 50,88 34,30

Os resultados mostraram que ocorreu uma variação da granulometria do

resíduo de ETAs, dependendo da época em que for coletado. O teor de matéria

orgânica é relativamente alto e da ordem de 28,45 - 34,30 %. Ainda, foi observada

uma tendência de aumento do teor de matéria orgânica quando o mesmo é

coletado a partir de junho. Estes resultados estão fundamentalmente relacionados

com a mudança do nível do rio. Os resultados também indicaram que, em geral, as

propriedades físico-mecânicas (retração linear, absorção de água, porosidade

aparente, massa específica aparente e tensão de ruptura à flexão) pioram com a

adição do resíduo. Apesar disso, massas cerâmicas contendo até 15 % em peso de

resíduo de ETAs têm potencial para uso em cerâmica vermelha, dependendo da

temperatura de queima e do mês da coleta.

31

De acordo com o exposto anteriormente, os resíduos de ETAs provenientes

de diversas regiões do Brasil apresentam características distintas, dependendo de

sua origem. A cerâmica vermelha parece ser uma alternativa tecnológica viável

para o destino final deste resíduo poluente. Isto justifica a realização de trabalhos

mais aprofundados relacionados ao emprego deste tipo de resíduo em cerâmica

vermelha. Neste contexto, a presente Tese de Doutorado pretende contribuir

agregando novas informações sobre a reciclagem de resíduos de estação de

tratamento de águas no campo da cerâmica vermelha, particularmente proveniente

da região de Campos dos Goytacazes-RJ.

32

CAPÍTULO 3 - MATERIAIS E MÉTODOS 3.1 - Matérias-Primas

Para realização da presente Tese de Doutorado foram utilizadas matérias-

primas argilosas provenientes da região de Campos dos Goytacazes-RJ. Esta

região é rica em depósitos argilosos que vêm sendo explorados há várias décadas

por empresas cerâmicas instaladas na baixada campista para fabricação de

produtos de cerâmica vermelha, tais como tijolos maciços, blocos cerâmicos e

telhas. As jazidas de argilas exploradas geralmente, apresenta-se em lentes com

espessuras que variam de 1,5 até 4,5 m, sobrepostas em camadas de areia de

material turfoso, sendo a lavra sempre limitada inferiormente pelo lençol freático

(Holanda e Vieira, 2002).

Neste trabalho utilizou-se uma massa argilosa industrial preparada por uma

empresa cerâmica instalada na região de Campos dos Goytacazes-RJ. Ressalta-se

que essa massa foi preparada a partir de dois tipos de argilas distintos em

proporções pré-determinadas, sendo uma argila mais plástica e a outra menos

plástica.

O outro material utilizado foi um resíduo, em forma de lama (lodo),

proveniente da Estação de Tratamento de Águas (ETAs), instalada no Município de

Campos dos Goytacazes-RJ. Este resíduo foi fornecido pela empresa

concessionária e responsável pelo tratamento de águas e esgotos deste município.

O resíduo foi coletado nos decantadores pela própria empresa, cuja água tratada

foi coletada na época de cheia do rio Paraíba do Sul e, por conseguinte, maior nível

do rio.

O estudo das matérias-primas foi realizado determinando-se as suas

características físico-químicas e mineralógicas, conforme mostrado no Fluxograma

da Figura 3.1.

O esquema geral simplificado do procedimento experimental usado no

presente trabalho é mostrado na Figura 3.2.

33

Figura 3.1 - Metodologia empregada para caracterização das matérias-primas utilizadas.

MATÉRIAS-PRIMAS

Beneficiamento • Destorramento• Secagem

Classificação • Peneiramento

Caracterização das matérias-primas

CaracterizaçãoMineralógica

CaracterizaçãoQuímica

CaracterizaçãoFísica

Classificação Ambiental do

Resíduo

34

Figura 3.2 – Metodologia empregada na preparação dos corpos cerâmicos contendo resíduo de ETAs.

Matérias-Primas Caracterizadas

Massa Argilosa Resíduo de ETAs

Dosagem das Massas

Mistura

Umidificação

Massa Cerâmica Contendo Resíduo de ETAs

Conformação das Massas

Secagem dos Corpos Cerâmicos

Determinação das Propriedades Após

Secagem Queima

Propriedades Físico-Mecânicas

Caracterização das Massas

Avaliação Microestrutural

Água

35

3.2 - Beneficiamento das Matérias-Primas A massa argilosa industrial coletada na fábrica em forma de tiras laminadas

foi submetida a um processo de secagem ao ar livre, seguido de desagregação

mecânica e peneiramento até a fração na peneira de 18 mesh.

O resíduo, retirado com grande quantidade de água, não passou por nenhum

sistema de tratamento ou filtragem. Permaneceu em repouso por dois dias a fim de

decantar a parte sólida, retirado-se o excesso de água. A fase decantada foi em

seguida levada ao sol para secagem natural e, posteriormente, secagem em estufa

por 24 h. O resíduo seco obtido foi então destorroado, homogeneizado e peneirado

para obtenção da fração - 40 mesh (425 µm). De forma que daqui por diante o

resíduo será denominado de resíduo de ETAs.

3.3 - Caracterização das Matérias-Primas Utilizadas 3.3.1 - Caracterização mineralógica

A identificação rigorosa dos minerais argilosos (argilominerais) e não-

argilosos presentes nas matérias-primas é difícil devido ao pequeno tamanho das

partículas, composição variável e cristalização freqüente, requerendo o uso de

diferentes métodos experimentais associados de caracterização.

Esta caracterização, no presente trabalho, foi feita através de análise por

difração de raios-X (DRX) e análises térmicas diferencial (ATD), termo-gravimétrica

(ATG) e diferencial termo-gravimétrica (DTG).

No presente trabalho, os experimentos de difração de raios-x foram

realizados em um difratômetro marca Seifert, modelo URD 65, usando-se radiação

de Cu-Kα, com ângulo de varredura de 2θ, variando de 5 até 70o. No difratômetro

citado anteriormente utilizou-se a linha Kα de um alvo de cobre, cujo λ = 1,541 Å. A

análise qualitativa dos minerais presentes nas amostras foi efetuada através da

comparação do ângulo de Bragg, da distância interplanar e da intensidade relativa

dos principais picos experimentais, com fichas padrão JCPDS (JCPDS, 1995).

Os argilominerais e minerais acessórios em determinadas temperaturas

sofrem transformações físico-químicas complexas, com características que

permitem avaliação do material estudado (Santos, 1989). Diferentes técnicas

combinadas permitem uma gama de resultados facilitadores na análise em

36

questão, destacando-se a análise termogravimétrica (TG), a termogravimétrica

derivativa (DTG) e a análise térmica diferencial (ATD). De modo similar a DRX, as

técnicas de análises térmicas ATD/ATG/DTG também são limitadas para amostras

poliminerálicas devido à possibilidade de superposição de eventos térmicos.

Os experimentos de análise térmica ATD/ATG/DTG foram realizados

utilizando-se um analisador simultâneo TGA-DTA, modelo SDT-2960, marca TA

instrumentos, sob atmosfera de ar da temperatura ambiente (≅25oC) até1150oC. A

taxa de aquecimento foi de 10oC/min. A partir dos resultados a serem obtidos,

espera-se determinar o comportamento térmico das matérias-primas utilizadas

neste trabalho. Os eventos térmicos observados não somente auxiliarão no

processamento dos corpos cerâmicos, como por exemplo, a utilização de um ciclo

de queima adequado, mas também auxiliará no entendimento da densificação.

A microscopia eletrônica de varredura foi utilizada para verificar a morfologia

das partículas do resíduo de ETAs, tanto o formato geométrico, como a forma de

suas superfícies. As análises foram realizadas em 15 kV de tensão de aceleração

de elétrons a uma distância focal de 18 mm.

3.3.2 - Caracterização química O conhecimento da composição química de determinada massa cerâmica

fornece informações importantes para sua total caracterização. Ressalta-se que tais

resultados encontram sua relevância quando analisados conjunta e

complementarmente com os obtidos por outras técnicas utilizadas neste trabalho.

Neste trabalho foram realizadas tais análises químicas através de

fluorescência de raios-X (FRX). Os seguintes óxidos foram determinados: Al2O3,

Fe2O3, SiO2, TiO2, MgO, CaO, K2O, MnO e Na2O.

A perda ao fogo (PF) (Gomes, 1988) das matérias-primas foi determinada

com o auxílio de um forno mufla. Após aquecimento da amostra até a temperatura

de 1000oC, determinou-se à perda ao fogo da amostra seca a 110oC, a partir de:

PF = ( mi - mq / mi).100 (3.2)

onde: PF é perda ao fogo (%), mi é massa inicial da amostra (g) seca a 110oC, e

mq é massa da amostra queimada em 1000oC (g).

37

A capacidade de troca catiônica (CTC), teor de matéria orgânica, pH e o teor

de sais solúveis da amostra de resíduo foram determinados utilizando-se os

métodos comumente empregados em materiais argilosos (Gomes, 1988).

3.3.3 - Caracterização física A caracterização física das matérias-primas foi realizada essencialmente em

termos da distribuição do tamanho de partículas, limites de consistência de

Atterberg e massa específica real dos grãos.

O tamanho de partícula é uma característica muito importante, influenciando

fortemente as propriedades plásticas e na resistência mecânica. A distribuição do

tamanho das partículas foi avaliada através de ensaios de análise granulométrica,

combinando-se técnicas de peneiramento e de sedimentação, em consonância com

a Norma NBR 7181-84 (ABNT, 1984a). A massa específica real dos grãos foi

determinada por picnometria de acordo com a NBR 6508-84 (ABNT, 1984b).

A plasticidade mecânica das matérias-primas utilizadas foi avaliada através

dos limites de consistência de Atterberg, de acordo com os procedimentos das

normas NBR 6459-84 (ABNT, 1984c) (limite de liquidez) e NBR 7180-84 (ABNT,

1984d) (limite de plasticidade), utilizando-se um aparelho Casagrande.

3.3.4 – Classificação dos Resíduos O procedimento de identificação e classificação do resíduo constitui-se em

etapa importante no desenrolar do trabalho, uma vez que, com este lodo

classificado poderá ser mais claramente definido o tipo de comportamento a ser

adotado nos procedimentos para classificação do resíduo incorporado na massa

argilosa. No Brasil, em qualquer procedimento de incorporação, reciclagem,

recuperação e reutilização de resíduos, devem obrigatoriamente ser adotadas as

normas reguladoras para tais. A norma para resíduos sólidos é a NBR-10.004

(ABNT, 1987a) e mesmo que se requeira auxílio complementar de portarias

ministeriais e normas estrangeiras, os procedimentos adotados no presente

trabalho serão os estabelecidos por esta norma em questão.

A NBR-10.004 remete-nos a amostragem, na NBR-10.007 (ABNT, 1987d),

onde estão estipuladas as regras a serem adotadas na retirada de amostra para

classificação. Estabelece ainda, através de caminhos básicos para classificação

38

de resíduos em classes, com classe I, II e III, com caráter de resíduo perigosos,

não inerte e inerte, respectivamente.

A primeira avaliação diz respeito ao questionamento sobre as condições de

inflamabilidade, corrosividade, toxidez e patogenicidade. Se qualquer um dos

requisitos estiver confirmado o resíduo é classe I, não importando, no entanto, que

os quesitos seguintes não sejam efetivados.

As etapas seguintes dizem respeito às outras normas derivadas: a NBR-

10.005 e 10.006, onde serão efetuados testes de solubilização e lixiviação, com os

procedimentos das análises recomendadas nas mesmas.

A partir das análises químicas efetivadas, com a relação dos compostos,

substâncias ou elementos químicos encontrados, faz-se a consulta nas tabelas

contidas nas mesmas para a verificação se qualquer um da listagem resultante faz

parte das tabelas referendadas, se fizer, estará enquadrado em determinada

classe. Para que um resíduo, por exemplo, seja classificado como classe I basta

que apenas um dos componentes listados no resultado obtido encontre-se no rol de

substâncias caracterizadora de determinado resíduo.

Se, por ventura, algum componente do resultado da avaliação química não

for encontrado nas relações identificadoras, a orientação dos órgãos ambientais é

que se recorra aos padrões de qualidade de água, de acordo com a Organização

Mundial da Saúde.

Os corpos-de-provas foram submetidos a ensaios de lixiviação, de acordo

com a norma NBR-10005 (ABNT, 1987b) e de solubilização de acordo com a

norma NBR-10006 (ABNT, 1987c).

3.4 – Preparação e Caracterização das Massas Cerâmicas Uma vez efetivada a caracterização individual das matérias-primas foi

realizada a etapa da preparação das massas cerâmicas de trabalho, conforme

mostrado na Figura 3.3.

Inicialmente o resíduo de ETAs e a massa argilosa foram peneirados nas

frações - 60 mesh e devidamente secos. A etapa de dosagem por pesagem foi

realizada com o auxílio de uma balança analítica digital marca Gehaka, modelo BG

200, com precisão de ± 0,01 g. A composição das massas cerâmicas preparadas é

mostrada na Tabela 3.1.

39

Figura 3.3 - Metodologia empregada na preparação das massas cerâmicas.

A mistura das matérias-primas foi realizada num moinho de bolas de

porcelana, marca Gardelin, modelo 1A, por um período de 15 minutos. Em seguida

as massas foram umidificadas com água até 7 % em peso. As massas foram então

colocadas em sacos plásticos por 24 h em um dissecador, no sentido de

homogeneizar a umidade.

Tabela 3.1 – Composição das massas cerâmicas (% em peso).

Massas Cerâmicas AM-R0 AM-R5 AM-R10 AM-R15

Massa Argilosa 100 95 90 85

Resíduo de ETAs 0 5 10 15

Após a etapa de mistura, as massas cerâmicas foram caracterizadas quanto

à granulometria e à plasticidade, conforme procedimentos descritos nos itens 3.2.

3.5 – Preparação dos Corpos Cerâmicos Os corpos cerâmicos foram confeccionados por prensagem uniaxial,

usando-se uma prensa hidráulica manual, marca Shultz, modelo PHS, com

Massa Argilosa Matérias-Primas Caracterizadas

Resíduo de ETAs (em forma de Pó)

Dosagem das Massas por

Mistura e Homogeneização

Umidade e Homogeneização

Massas Cerâmicas Contendo até 15 % de Resíduo de ETAs

Água (7 %)

40

capacidade de 30 toneladas. Foi usada uma matriz de aço com cavidade retangular

(2,54 x 11,5 cm2) e um conjunto de pistões de aço inoxidável. A pressão de

compactação utilizada foi de aproximadamente 24 MPa, dentro da faixa estipulada

para a realização de ensaios preliminares quanto ao provável uso de material

argiloso no setor cerâmico (Santos, 1989).

A secagem dos corpos cerâmicos foi feita em estufa à 110oC, por um

período de 24 horas. Nesta etapa espera-se eliminar ou reduzir a umidade das

peças até níveis situados na ordem de 0,5%, tornando-as rígidas o suficiente para

serem manuseadas e queimadas.

A etapa de queima dos corpos cerâmicos foi realizada em um forno câmara,

tipo mufla com microprocessador acoplado, marca Brasimet, modelo K150 –

1300oC, em atmosfera oxidante. As seguintes temperaturas de patamar foram

empregadas: 850, 950 e 1.050 oC. A escolha destas temperaturas no presente

trabalho de Doutorado deve-se basicamente ao fato de que esta é a faixa mais

apropriada para fabricação de produtos de cerâmica vermelha de alta qualidade

(Santos, 1989). Além disso, com o advento do gás natural no pólo cerâmico local,

as empresas podem atingir facilmente este patamar de temperatura na fabricação

de seus produtos.

No presente trabalho foi adotado um ciclo de queima lento, o qual levam em

conta as transformações físico–químicas que ocorrem durante a sinterização de

materiais à base de argilas. O ciclo de queima utilizado neste trabalho é dado por:

Aquecimento:

Temperatura ambiente (≅ 30oC) até 600oC - com taxa de aquecimento de 1 oC/min, com os corpos cerâmicos mantidos em 600oC por um período de 1h.

600oC até a temperatura final de patamar - com taxa de aquecimento de 10 oC/min, com os corpos cerâmicos mantidos na temperatura de patamar

durante 2h.

Resfriamento:

Da temperatura final de patamar até 600oC - com taxa de resfriamento de

10oC/min.

41

600oC até 500oC - com taxa de resfriamento da ordem de 1oC/min. 500oC até temperatura ambiente com taxa de resfriamento de 10oC/min.

No presente trabalho foram produzidos lotes com 35 corpos cerâmicos para

cada condição de processamento, no sentido de avaliar a influência do conteúdo de

resíduo e da temperatura de queima. De cada lote foram retirados cinco corpos

cerâmicos para efetuar análise das propriedades tecnológicas de secagem. Os

outros trinta corpos cerâmicos foram usados na análise das propriedades físico-

mecânicas e comportamento de densificação. Portanto, foram produzidos um total

de 380 corpos cerâmicos. As propriedades de secagem avaliadas foram retração

linear, massa específica aparente e tensão de ruptura à flexão. Estes ensaios foram

realizados conforme descrito a seguir para os corpos após queima. 3.6- Avaliação das Propriedades Físico-Mecânicas

As propriedades dos corpos cerâmicos obtidos foram averiguadas por

normas e procedimentos já estabelecidos para materiais cerâmicos à base de

argilas (tijolos, telhas, blocos cerâmicos), possibilitando avaliar-se a influência do

resíduo incorporado e da temperatura de queima.

3.6.1. - Retração Linear Após Queima A retração linear (RL) dos corpos cerâmicos foi determinada de acordo com

a norma MB-305 (ABNT, 1984e):

RL (%) = (Ls - Lq) / Lq x 100 (3.3)

onde Ls é o comprimento do corpo cerâmico seco à 110 ºC (mm) e Lq é o

comprimento do corpo cerâmico queimado na temperatura final de patamar (mm).

As medidas de comprimento foram realizadas com o auxílio de um paquímetro

digital (± 0,01 mm).

3.6.2 - Massa específica aparente A massa específica aparente (MEA) dos corpos cerâmicos foi determinada

de acordo com a norma C 373-88 (ASTM,1984). Os corpos cerâmicos após

42

imersão e fervura em água destilada por um período de duas horas, foram pesados

imersos em água pelo método da balança hidrostática. A MEA foi obtida da

expressão:

MEA = Ps / (Pu - Pi); g/cm3 (3.5)

onde Ps é a massa (g) do corpo seco a 110 ºC, Pu é a massa (g) do corpo

cerâmico saturado de água e Pi é a massa do corpo imerso em água medido pelo

método da balança hidrostática.

3.6.3 - Absorção de água Os experimentos de absorção de água (AA) dos corpos cerâmicos foram

feitos de acordo com a norma NBR 6480 (ABNT, 1985). Os corpos cerâmicos após

secagem a 110 ºC foram resfriados num dessecador, pesados e imersos no sentido

vertical em um recipiente com água destilada. Esses corpos foram mantidos em

água em ebulição por um período de duas horas. Em seguida a água foi resfriada

até a temperatura ambiente, sendo os corpos retirados do recipiente e eliminada a

água superficial em excesso com um pano úmido. Os corpos cerâmicos foram

então pesados numa balança digital (± 0,01 g). A absorção de água dos corpos

cerâmicos foi obtida a partir da expressão:

AA (%) = (Pu - Ps) / Ps x 100 (3.6)

onde Pu é a massa dos corpos cerâmicos saturados com água e Ps é a massa dos

corpos secos.

3.6.4 - Porosidade aparente Os experimentos de porosidade aparente foram realizados de acordo com a

norma C 373 - 88 (ASTM, 1984), cuja expressão é dada por:

PA (%) = (Pu - Ps) / (Pu - Pi) x 100 (3.7)

onde Pu é a massa (g) dos corpos cerâmicos saturados com água, Ps é a massa

(g) do corpo seco a 110 ºC e Pi é massa do corpo cerâmico (g) imerso em água,

medido pelo método da balança hidrostática.

43

3.6.5 - Tensão de ruptura à flexão A tensão de ruptura à flexão (carregamento de três pontos) dos corpos

cerâmicos foi determinada conforme a norma C 674 - 77 (ASTM,1989). Esta

propriedade mecânica foi determinada com o auxílio de uma máquina de ensaios

universal, marca Instron, modelo 5582, capacidade de 100 kN. A velocidade de

aplicação da carga foi da ordem de 0,5 mm/min. A tensão de ruptura à flexão (σ) foi

então determinada de acordo com a expressão:

σ = 3PL / 2bd2 ; MPa (3.8)

onde P é a carga aplicada (N) no corpo cerâmico no momento da ruptura, L é a

distância entre os cutelos (mm), b = largura (mm) do corpo cerâmico e d é a

espessura (mm).

No presente trabalho, os dados de tensão de ruptura à flexão dos corpos

cerâmicos queimados, para cada formulação cerâmica, foram tratados

estatisticamente por meio da Estatística de Weibull (Matsuo e Kimura, 1988; Quinn,

1991). O tamanho de amostra utilizado foi de N = 30. A probabilidade de fratura (F)

foi determinada de acordo com o método de distribuição acumulada de amostras

simétricas, usando um estimador de probabilidade F = (i - 0,5)/N (Duarte, 2002). A

partir dos dados obtidos utilizando este estimador, foram levantadas curvas do tipo

lnln [1/(1 - F)] versus ln σ. Por meio de regressão linear determinou-se o valor do

módulo de Weibull e a tensão característica para cada formulação cerâmica em

função da temperatura de queima.

3.7- Análise microestrutural dos corpos sinterizados A evolução microestrutural dos corpos cerâmicos contendo resíduo de ETAs

investigados no presente trabalho, durante o processo queima e conseqüente

densificação, feita por microscopia eletrônica de varredura.

A morfologia da superfície de fratura dos corpos cerâmicos sinterizados foi

examinada com um microscópio eletrônico de varredura, marca Zeiss, modelo

DSM 962, utilizando-se voltagem de elétrons de 10 kV. O aspecto desta análise

44

constitui-se no acompanhamento das mudanças microtexturais e morfológica dos

corpos cerâmicos em distintas composições e temperaturas de patamar.

As amostras para análise foram colocadas em suportes (porta-amostras de

alumínio), por meio de uma fita de carbono de dupla face. Tinta condutora à base

de prata foi utilizada para auxiliar na condução eletrônica entre a superfície da

amostra e da base do porta-amostra. O conjunto foi submetido à secagem em

estufa (60oC por duas horas) e, posteriormente, foi metalizado com uma fina

camada condutora de ouro.

45

CAPÍTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 - Caracterização das Matérias-Primas 4.1.1. - Caracterização do resíduo de ETAs

O difratograma de raios-X da amostra do resíduo de ETAs estudado é

mostrado na Figura 4.1. Os resultados mostram claramente picos de difração

característicos das fases cristalinas referentes à caulinita (Al2O3.2SiO2.2H2O), sílica

(SiO2) e gibsita (Al(OH)3). Ainda, há indícios da presença da mica moscovita

detectada por seus picos menos intensos.

Figura 4.1 - Difratograma de raios-X do resíduo de ETAs.

46

A Tabela 4.1 mostra os resultados da composição química da amostra do

resíduo de ETAs. Do ponto de vista químico, o resíduo é constituído basicamente

por SiO2, Al2O3 e Fe2O3 que correspondem à cerca de 80,42 %. O teor de SiO2 está

associado à estrutura cristalina dos argilominerais, como por exemplo, caulinita, ou

ainda apresentar-se na sua forma livre como quartzo. O teor de alumina está

associado à estrutura dos argilominerais, ou ainda ao hidróxido de alumínio

(gibsita). O elevado teor de Fe2O3 pode estar presente na forma de óxidos ou

hidróxidos, ou ainda em substituição parcial do alumínio na rede cristalina da

caulinita (Manhães et. al., 2002). A perda ao fogo do resíduo de ETAs é

relativamente alta da ordem de 16,93 %, que pode estar relacionada principalmente

com a presença de argilominerais, hidróxidos e matéria orgânica. Os teores de

óxidos alcalinos (K2O e Na2O) e alcalinos terrosos (MgO e CaO) são baixos.

Tabela 4.1 - Composição química do resíduo de ETAs.

Composição (% em peso)

SiO2 35,92

Al2O3 31,71

Fe2O3 12,79

TiO2 1,10

MnO 0,09

MgO 0,37

CaO 0,10

K2O 0,58

Na2O 0,06

P2O5 0,35

PF 16,93

PF = perda ao fogo

47

Verifica-se também que a composição química do resíduo de ETAs é muito

semelhante ao das argilas usadas no Pólo Ceramista da região de Campos dos

Goytacazes-RJ (Souza et. al., 2002). De fato as argilas desta região são

provenientes de sedimentos quartenários (recentes) originados de processos de

decantação de material sílico-argiloso da carga de suspensão, após eventos de

enchentes do Rio Paraíba do Sul (Holanda e Vieira, 2002).

A Tabela 4.2 apresenta algumas características físico-químicas importantes

do resíduo de ETAs. A capacidade de troca catiônica (CTC) do resíduo é da ordem

de 9,85 meq/100 g. Este valor está dentro da faixa usual de valores de CTC para a

caulinita (3 até 15 meq/100 g) (Santos, 1989). Além disso, este valor é compatível

com os valores de CTC das argilas cauliníticas da região de Campos dos

Goytacazes-RJ (7,88 - 12,30 meq/100g) (Alexandre, 2000). No caso da caulinita o

processo de troca ocorre predominantemente nas faces dos cristais e deve-se

principalmente as ligações quebradas. O pH (em água) do resíduo pode ser

considerado como sendo levemente ácido.

Os resultados da Tabela 4.2 também mostram que o resíduo apresenta um

teor de matéria orgânica da ordem de 0,95 % e teor de carbono orgânico de 0,55

%. O teor de sais solúveis (em água) é relativamente baixo. Estes valores são

adequados para utilização em cerâmica vermelha. Assim, o surgimento de defeitos

como eflorescência e coração negro não devem ser esperados em produtos de

cerâmica vermelha contendo resíduo de ETAs. A matéria orgânica encontrada

contribui para aumentar a plasticidade e a CTC do resíduo. Em geral a matéria

orgânica ocorre em massas argilosas na forma de linhito, ceras e derivados de

ácidos úmicos.

A amostra do resíduo de ETAs quando calcinada a 1000 ºC apresentou cor

vermelha. Esta cor é típica dos produtos de cerâmica vermelha e deve-se ao alto

conteúdo de Fe2O3, como mostrado na Tabela 4.1.

48

Tabela 4.2 - Algumas características físico-químicas do resíduo de ETAs.

CTC, meq/100 g 9,85

pH (H2O) 6,0

Teor de matéria orgânica, % 0,95

Teor de carbono orgânico, % 0,55

Cor em 1000 ºC Vermelha

Teor de sais solúveis, ppm

K 1,9

Ca 25,1

Mg 28,0

H + Al 28,7

Na 14,8

Teor de S-SO4, ppm 68

A análise do comportamento térmico de materiais argilosos poliminerálicos é

geralmente uma tarefa difícil. Isto é decorrente do fato de que picos característicos

(indicando reações exotérmicas) ou vales (indicando reações endotérmicas) de

importantes eventos térmicos podem ser sobrepostos.

O comportamento térmico (ATD/ATG/DTG) do resíduo de ETAs é mostrado

na Figura 4.2. As reações endotérmicas, bem como as perdas de massa estão

resumidas na Tabela 4.3. Os resultados mostram claramente a existência de quatro

eventos térmicos nas temperaturas de 54 ºC, 264 ºC, 305 ºC e 477 ºC,

respectivamente, acompanhados por uma significativa perda de massa (medida

TG) na amostra do resíduo estudado.

O primeiro evento térmico em 54 ºC corresponde à remoção de água

fisicamente adsorvida, típica dos materiais argilosos. O resíduo de ETAs tem como

fase cristalina majoritária a caulinita (Fig. 4.1). O segundo evento térmico em 264

ºC está provavelmente relacionado a dehidratação de hidróxidos existentes,

principalmente a gibsita.

49

Temperatura (°C)

Figura 4.2 - Comportamento térmico do resíduo de ETAs estudado.

Tabela 4.3 - Dados de perda de massa (ATG/DTG) do resíduo de ETAs.

Evento Térmico Perda de Massa ATG/mg

Perda de Massa ATG/%

DTG max % ºC-1

1º 0,6006 3,91 54

2º 0,6581 4,28 264

3º 0,8628 5,62 305

4º 1,2900 8,40 477

Der

iv. P

eso

(%.ºC

-1)

Dife

renç

a de

Tem

pera

tura

(ºC

.mg-

1

50

Em torno de 305 ºC foi observado um evento térmico acompanhado por

perda de massa da ordem de 5,62 %. Este evento pode estar relacionado à

decomposição de matéria orgânica. No entanto, pode estar também associado à

presença de sulfato, como, por exemplo, sulfato de alumínio, utilizado como

floculante/coagulante no processo de tratamento de águas (Tratamento de Águas,

2004). O sulfato de alumínio, por exemplo, perde a água quimicamente ligada por

volta de 300 ºC (Reed, 1995). Contudo, a inexistência de uma linha base dificulta

muito a interpretação deste fenômeno térmico, possibilitando apenas a sua

especulação. A própria existência de dois fenômenos térmicos próximos, no caso

em 264 ºC e 305 ºC, pode estar contribuindo para isso. A natureza mais larga do

pico em 305 ºC é outro fator a ser considerado, já que fenômenos superpostos

podem estar ocorrendo. Já o vale endotérmico observado na temperatura de 477

ºC está associado fundamentalmente a desidroxilação da caulinita, levando a

formação de metacaulinita amorfa. A transformação de fase da caulinita para a

metacaulinita é dada por:

Al2O3.2SiO2.2H2O (caulinita) → Al2O3.2SiO2 (metacaulinita) + 2H2O (4.1)

Um pequeno pico exotérmico foi observado em torno de 960 ºC, o qual não

está associado a qualquer perda de massa. Este evento térmico deve-se

fundamentalmente a quebra da estrutura da metacaulinita para a formação de

novas fases cristalinas. As fases podem ser uma estrutura espinélio (Al-Si), ou

ainda γ- Al2O3 contendo silício (Chen et. al., 2000). No entanto, não há na literatura

consenso se uma estrutura espinélio ou γ- Al2O3 é formada nesta região de

temperatura. Além do mais, é possível também, que ocorra a nucleação de mulita

primária nesta região de temperatura (Santos, 1989). As transformações de fases

podem ser dadas por:

2(2SiO2.Al2O3)(metacaulinita) → 2Al2O3.3SiO2(espinélio) + SiO2 (amorfo) (4.2)

ou,

2SiO2.Al2O3 (metacaulinita) → γ- Al2O3 + 2SiO2 (amorfo) (4.3)

51

Os eventos endotérmicos são acompanhados por um intenso processo de

transferência de massa na amostra, como mostrado nas curvas TG/DTG (Fig. 4.2)

e resumidos na Tabela 4.3. A amostra de resíduo de ETAs apresentou uma perda

de massa total obtida da curva TG da ordem de 22,2 % durante o aquecimento,

enquanto que o valor da perda ao fogo foi de 16,93 % (Tabela 4.1). A diferença

observada está relacionada ao fato que a perda ao fogo foi determinada com a

amostra seca a 110 ºC, enquanto que a medida de TG foi obtida a partir da

temperatura ambiente em torno de 25 ºC.

A curva granulométrica do resíduo de ETAs é mostrada na Figura 4.3. O

resíduo apresenta uma larga distribuição de tamanho de partícula compreendida na

faixa de 1 até 425 µm.

Figura 4.3 - Curva granulométrica para o resíduo de ETAs.

Verifica-se que o resíduo apresenta alto teor de partículas (≅ 45 %) abaixo

de 2 µm. Este tamanho de partícula corresponde à fração argila em algumas

10 100 10000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% d

e M

assa

Acu

mul

ada

Diâmetro de Partícula (µm)

52

escalas internacionais para classificação de solos (Santos, 1989). Além disso, esta

fração está fundamentalmente relacionada à presença de argilominerais, como, por

exemplo, a caulinita, como comprovado pelos dados de DRX (Fig. 4.1). O teor de

silte (2 ≤ x < 60 µm) é da ordem de 41 %. Já o teor da fração areia (60 ≤ x < 600

µm) do resíduo é de cerca de 14 %.

Os dados granulométricos do resíduo de ETAs foram localizados no

Diagrama de Winkler (Pracidelli e Melchiades, 1997), como mostrado na Figura 4.4.

Este diagrama ternário é baseado no tamanho de partículas das formulações

argilosas para cerâmica vermelha, onde os vértices representam diferentes faixas

de tamanhos (< 2 µm; 2-20 µm; > 20 µm).

O diagrama de Winkler mostra as regiões mais adequadas do ponto de vista

granulométrico para obtenção de produtos de cerâmica vermelha. Estas regiões

são: região A - material de qualidade; região B - telhas; região C - tijolos furados; e

região D - tijolos maciços. Os produtos de maior qualidade necessitam de uma

massa argilosa rica na fração < 2 µm. No entanto, em todos os casos a presença

de material não plástico (> 20 µm) em quantidades adequadas é essencial. Os

materiais não plásticos são responsáveis pela menor plasticidade da massa

argilosa e retração dimensional durante o processo de fabricação de cerâmica

vermelha. Os resultados mostram claramente que o resíduo de ETAs localiza-se

numa região apropriada para fabricação de produtos cerâmicos de alta qualidade,

no caso na região A do diagrama de Winkler. Este resultado é muito importante por

mostrar que o resíduo de ETAs estudado, por sua própria natureza, pode ser

considerado como uma formulação de massa argilosa natural com grande potencial

de uso na indústria de cerâmica vermelha.

53

Figura 4.4 - Localização do resíduo de ETAs no Diagrama de Winkler.

A Figura 4.5 mostra os aspectos morfológicos para o resíduo de ETAs

estudado. O resíduo de ETAs é constituído de placas de lamelas com perfil

irregular. Existe uma grande quantidade de placas < 2 µm, provavelmente de

caulinita. É observada também a larga distribuição de tamanho de partículas do

resíduo, corroborando os dados granulométricos da Figura 4.3. A Figura 4.6 obtida

em maior ampliação (15.000x) ratificam essas observações. Detalhes das placas

aglomeradas do resíduo de ETAs são mostrados na Figura 4.7. É nítido o efeito do

floculante/coagulante usado no processo de tratamento de águas. Na Figura 4.8 é

mostrada uma partícula fragmentada constituinte do resíduo, provavelmente de

uma carapaça de diatomácea com formato navicular (Andrade et. al., 2001). As

diatomáceas são ricas em sílica amorfa.

Resíduo de ETAs

54

Figura 4.5 - Morfologia (500x) das partículas do resíduo de ETAs.

Figura 4.6 - Morfologia (15.000x) das partículas do resíduo de ETAs.

55

Figura 4.7 - Detalhes das partículas/aglomerados do resíduo de ETAs.

Figura 4.8 - Frústula diatomácea navicular fragmentada.

56

A Tabela 4.4 apresenta o valor da massa específica real e os limites de

consistência de Atterberg do resíduo de ETAs. O resíduo de ETAs apresentou um

valor de massa específica real (MER) da ordem de 2,63 g/cm3, o qual está dentro

da faixa para materiais argilosos. De fato tem sido mostrado na literatura

(Alexandre, 2000) que as argilas cauliníticas da região de Campos dos Goytacazes-

RJ apresentam valores de MER compreendidos entre 2,55 - 2,77 g/cm3.

Tabela 4.4 - Limites de Atterberg e massa específica real do resíduo.

Limite Plástico, %. 53

Limite de Liquidez, %. 73

Índice de Plasticidade, %. 20

MER, g/cm3 2,63

A determinação da plasticidade do resíduo de ETAs é de grande importância

para a sua aplicação prática em cerâmica vermelha. Do ponto de vista da

tecnologia cerâmica (Santos, 1989; Gomes, 1988), o termo plasticidade está

relacionado à propriedade de uma massa argilosa de mudar a sua forma sem

ruptura, sob a ação de uma força externa, bem como a retenção da nova forma

depois de retirada da força aplicada. A plasticidade de massas cerâmicas argilosas

deve-se fundamentalmente às forças de atração entre as partículas de

argilominerais e a ação lubrificante da água existente entre as partículas lamelares.

Além disso, a plasticidade é influenciada pelos seguintes fatores: mineralogia,

granulometria, hábito lamelar dos minerais argilosos, carga elétrica dos cristais e

natureza dos cátions de troca. Esta propriedade é de fundamental importância em

cerâmica vermelha, visto que o principal método de conformação empregado é

extrusão, que necessita de uma massa com consistência plástica.

No presente trabalho a plasticidade do resíduo foi avaliada pelos limites de

consistência de Atterberg (Gomes, 1988). O índice de plasticidade (IP) foi

determinado por IP = LL - LP, onde LL (limite de liquidez) e LP (limite de

57

plasticidade) são obtidos experimentalmente de acordo com procedimentos

padronizados. Os resultados da Tabela 4.4 mostram claramente que o sistema

resíduo de ETAs + água forma uma massa de consistência plástica, onde o valor

de LP obtido foi de 53 % e o IP foi de 20 %. Assim, o resíduo de ETAs estudado

pode ser classificado como pertencente ao grupo de siltes inorgânicos de alta

compressibilidade. O valor de IP indica que o resíduo de ETAs pode ser usado em

cerâmica vermelha, visto que as massas argilosas usadas em cerâmica vermelha

devem apresentar valor de IP compreendidos entre 10 < IP < 35 % (Dondi, 2003).

No entanto, o resíduo de ETAs também apresenta valor de limite de plasticidade

(água de plasticidade) da ordem de 53 %, muito acima da faixa recomendada para

cerâmica vermelha (LP = 18 - 30 %). De forma que o resíduo de ETAs estudado

certamente apresentará dificuldade no processo de secagem, resultando em alta

retração e defeitos nos corpos cerâmicos. Apesar dessa dificuldade, este resíduo

pode ser utilizado quando adicionado em quantidades moderadas como

componente de formulações argilosas apropriadas para cerâmica vermelha. De fato

as formulações argilosas utilizadas na fabricação de cerâmica vermelha são do tipo

monocomponente, somente argila, geralmente misturas entre duas ou mais argilas

comuns. Nestas formulações busca-se obter condições apropriadas de plasticidade

e fusibilidade, no sentido de propiciar trabalhabilidade e resistência mecânica após

queima.

58

4.1.2 - Caracterização da massa argilosa

Neste trabalho foi usada uma massa argilosa industrial normalmente

utilizada para fabricação de produtos de cerâmica vermelha na região de Campos

dos Goytacazes-RJ. Esta massa constitui-se na massa padrão ou de referência,

para efeito de comparação com as demais massas cerâmicas contendo resíduo de

ETAs estudadas nesta pesquisa. Foram realizados os seguintes ensaios na massa

cerâmica padrão: difração de raios-X, composição química, análise térmica

diferencial (ATD), análise térmica gravimétrica (ATG) e termogravimetria derivativa

(DTG).

A Figura 4.9 mostra o difratograma de raios-X da massa argilosa utilizada, na

qual foram identificados os picos característicos dos minerais presentes na amostra

de pó. Os resultados mostram que a massa argilosa é constituída principalmente

das seguintes fases cristalinas: caulinita, quartzo e gibsita. A caulinita é o principal

mineral presente, evidenciado pelos picos de difração bastante intensos em relação

aos demais picos identificados. Foram também identificadas as presenças dos

minerais ilita/mica, goetita (α-Fe2O3.H2O) e feldspato potássico (KAlSiO3O8). Estes

resultados estão em acordo com a literatura (Alexandre, 2000; Souza et. al., 2003),

que indica que as argilas oriundas da região de Campos dos Goytacazes-RJ são

predominantemente cauliníticas.

A composição química da massa argilosa é mostrada na Tabela 4.5. Os

resultados mostram que os óxidos mais abundantes são SiO2, Al2O3 e Fe2O3. A

perda ao fogo da massa padrão é da ordem de 11,96 %. Esta perda ao fogo pode

ser atribuída aos minerais presentes como caulinita, gibsita e goetita, assim como

da provável presença de matéria orgânica. O valor da perda ao fogo da massa

argilosa padrão é próximo ao da caulinita teórica (Santos, 1989), que é da ordem

de 13,95 %. O teor de óxidos corantes, Fe2O3 e TiO2, é elevado. A presença de

óxido de ferro (9,10 %) caracteriza a massa padrão como sendo uma massa de

queima vermelha. Os baixos teores de CaO e MgO indica que a massa argilosa

padrão é não carbonática, típica da região de Campos dos Goytacazes-RJ.

59

Os resultados também mostram que a massa padrão, exceto o alto teor de

Fe2O3, apresentam baixa concentração de fundentes como K2O, Na2O, CaO e

MgO. Isto tende a dificultar a vitrificação durante o processo de queima em altas

temperaturas.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

I/MQ

QQ

KGGo

K = CaulinitaI/M = Ilita/MicaG = GibsitaGo = GoetitaF = FeldspatoQ = Quartzo

KGo

I/M

K

F

QK

GKG

K

Inte

nsid

ade

(u.a

.)

2θ (graus)

Figura 4.9 - Difração de raios-X da massa argilosa utilizada.

60

Tabela 4.5 - Composição química da massa argilosa (% em peso).

SiO2 46,42

Al2O3 27,90

Fe2O3 9,10

TiO2 1,32

MnO 0,11

MgO 0,71

CaO 0,22

K2O 1,67

Na2O 0,36

P2O5 0,21

PF 11,96

O comportamento térmico (ATD/ATG/DTG) da massa argilosa padrão, como

mostrado na Figura 4.10, é típico das argilas cauliníticas da região de Campos dos

Goytacazes-RJ (Souza et. al., 2003). A amostra apresentou três eventos

endotérmicos nas temperaturas de 54,1 ºC, 259,1 ºC e 492,5 ºC, respectivamente.

Estes eventos foram acompanhados por um intenso processo de transferência de

massa (Tabela 4.6) e estão associados à perda de água fisicamente adsorvida,

dehidratação de hidróxidos tais como gibsita e goetita, e desidroxilação da caulinita,

respectivamente. A perda de massa total da massa argilosa padrão foi da ordem de

12,6 %, coincidindo com o valor da perda ao fogo (Tabela 4.5). Este valor de perda

de massa durante aquecimento é muito próximo ao da caulinita teórica (PF = 13,96

%). Pode-se observar, ainda, um pico exotérmico em torno de 959 ºC,

provavelmente relacionado à recristalização de novas fases cristalinas a partir da

metacaulinita, conforme discutido no item 4.1.1.

61

Figura 4.10 - Comportamento térmico da massa argilosa padrão.

Tabela 4.6 - Dados de perda de massa (ATG/DTG) da massa argilosa padrão.

Evento Térmico Perda de Massa ATG/mg

Perda de Massa ATG/%

DTG max % ºC-1

1º 0,40 1,6 54,1

2º 0,50 2,2 259,1

3º 2,10 8,8 492,5

Temperatura (ºC)

Der

iv. M

assa

(%. º

C-1

)

Mas

sa (%

)

62

4.1.3 – Classificação ambiental do resíduo de ETAs A classificação do resíduo de Estação de Tratamento de Águas – ETAs

estudado neste trabalho foi avaliado por meio de lixiviação e solubilidade (Normas

NBR 10005 e NBR 10006).

A Tabela 4.7 apresenta os resultados obtidos para os ensaios de lixiviação

da amostra de resíduo de ETAs. Nesta tabela também são mostrados os limites

máximos de lixiviação de elementos permitidos segundo a norma brasileira - ABNT-

NBR 10004.

Tabela 4.7 – Resultado dos Ensaios de Lixiviação (mg.L-1)

Elementos Resíduo de ETAs Limites NBR-10.004

Chumbo 0,04 5,0

Cádmio <0,001 0,5

Arsênio < 0,01 5,0

Cromo Total 0,03 0,5

Bário 0,10 100

Prata <0,01 5,0

Conforme observado na Tabela 4.7, a amostra de resíduo de resíduo de

ETAs analisada apresentou concentração de Chumbo, Cádmio, Arsênio, Cromo

total, Bário e Prata abaixo dos valores limites máximos permitidos na norma

Brasileira NBR 10004.

A Tabela 4.8 apresenta os valores obtidos para os ensaios de solubilização

da amostra de resíduos de ETAs. Os limites máximos permitidos pela normalização

brasileira são também apresentados.

63

Tabela 4.8 - Resultado dos ensaios de solubilização (mg.L-1) do resíduo de ETAs.

Elemento Resíduo de ETAs Limites NBR 1004

Chumbo 0,06 0,05

Cádmio <0,01 0,005

Arsênio <0,01 0,05

Cromo Total 0,02 0,05

Bário 0,97 1,0

Prata 0,01 0,05

Alumínio 0,07 0,2

Cobre 0,02 1,0

Zinco 0,02 5,0

Ferro 2,59 0,3

Manganês 0,39 0,1

Nitratos 0,01 10

Sulfatos 45 400

Surfactantes < 0,2 0,2

Dureza 180 500

Os resultados obtidos mostram claramente que o teor de Ferro (2,59 mg.L-

1) e o Manganês (0,39 mg.L-1) excederam significativamente os limites de

solubilização estabelecidos pela normalização brasileira. No caso do Chumbo (0,06

mg.L-1), a concentração obtida é ligeiramente superior ao padrão estabelecido na

regulamentação brasileira ( 0,05 mg.L-1). Portanto, a amostra de resíduo de ETAs,

proveniente da região de Campos dos Goytacazes, deve ser classificado como

Classe II – Não Inerte, consonante com a Norma ABNT NBR-10.004. Estes

resultados indicam claramente que esta disposição de resíduo nos recursos

hídricos deve ser evitada, pois apresentam impacto negativo sobre os mesmos.

64

4.2 - Massas Cerâmicas Preparadas

Neste trabalho foram preparadas diversas massas cerâmicas contendo até

15 % em peso de resíduo de estação de tratamento de águas. A granulometria e os

limites de consistência de Atterberg foram determinados, conforme mostrado a

seguir.

As curvas de distribuição de tamanho de partículas obtidas por combinação

de peneiramento e sedimentação, para todas as massas cerâmicas, são mostradas

nas Figuras 4.11 - 4.14. Verifica-se que as massas cerâmicas apresentam

comportamento granulométrico muito similar. Para melhor compreensão do

comportamento granulométrico dessas massas, os dados granulométricos são

apresentados por faixas de tamanhos de interesse, conforme mostrado na Tabela

4.9.

Os resultados indicam que as massas cerâmicas contêm alto conteúdo de

partículas (44 - 49%) abaixo da fração < 2 µm. Esta fração está fundamentalmente

associada nas massas estudadas com a caulinita, conforme mostrado nas Figuras

4.1 e 4.9. O conteúdo da fração silte está também na faixa de 44 - 49 %. O

conteúdo da fração areia permaneceu constante em torno de 7 %. Verifica-se

também que, apesar das curvas granulométricas serem muito similar, a adição de

até 15 % em peso do resíduo de ETAs resultou numa pequena influência nas

frações argila-silte das massas cerâmicas. A fração argila tende a aumentar e a

fração silte tende a diminuir com a adição do resíduo.

Os dados granulométricos das massas cerâmicas quando localizados no

Diagrama Ternário de Winkler (frações: < 2 µm; 2 - 20 µm; > 20 µm) (Pracidelli e

Mechiades, 1997), indicam claramente que as massas estudadas são apropriadas

para fabricação de produtos de cerâmica vermelha, conforme mostrado na Figura

4.15. A massa cerâmica padrão (AM-R0), que é isenta de resíduo utilizada neste

trabalho, é uma massa argilosa industrial usada normalmente para fabricação de

cerâmica vermelha na região de Campos dos Goytacazes-RJ. Verifica-se que a

adição de até 15 % em peso de resíduo de ETAs resultou num pequeno

deslocamento da massa argilosa padrão na direção do vértice < 2 µm. No entanto,

todas as massas cerâmicas preparadas permanecem na região A do diagrama de

Winkler.

65

Figura 4.11 - Distribuição de tamanho de partícula da amostra AM-R0.


1 10 100

40

50

60

70

80

90

100%

de

Mas

sa A

cum

ulad

a

Tamanho de Partícula (µm)

1 10 100

40

50

60

70

80

90

100

% d

e M

assa

Acu

mul

ada


66



1 10 100

40

50

60

70

80

90

100%

de

Mas

sa A

cum

ulad

a


1 10 100

40

50

60

70

80

90

100

% d

e M

assa

Acu

mul

ada


67

Figura 4.15 - Localização das massas cerâmicas no Diagrama de Winkler.

Tabela 4.9 - Dados de tamanhos de partículas das massas cerâmicas.

Argila, % Silte, % Areia, % Fração, % Amostras

< 2 µm 2 ≤ x < 60 µm 60 ≤ x < 600µm 2-20 µm > 20 µm

AM-R0 44 49 7 31 25

AM-R5 46 47 7 31 23

AM-R10 48 45 7 29 23

AM-R15 49 44 7 28 23

A Tabela 4.10 apresenta os resultados das medidas da massa específica

real e os limites de consistência de Atterberg para as massas cerâmicas. Os

AM-R0 AM-

R10

68

valores de massa específica real das partículas (2, 71 - 2,73 g/cm3) para as massas

cerâmicas estudadas estão dentro da faixa para materiais argilosos. Além disso,

esses valores são próximos aos das argilas cauliníticas da região de Campos dos

Goytacazes-RJ (Alexandre, 2000).

Tabela 4.10 - Limites de consistência de Atterberg e massa específica real das Massas cerâmicas.

Amostras Limite Plástico (%)

Limite de Liquidez(%)

Índice de Plasticidade (%)

MER (g/cm3)

AM-R0 32 59 27 2,71

AM-R5 32 60 28 2,71

AM-R10 33 61 28 2,73

AM-R15 33 62 29 2,73

Os resultados da Tabela 4.10 também mostram claramente que o sistema

(argila/resíduo de ETAs + água) forma uma massa de consistência plástica.

Verificam-se apenas ligeiras modificações nos limites de consistência de Atterberg,

com a adição de níveis moderados de resíduo de ETAs da região de Campos dos

Goytacazes-RJ. A partir desses resultados, as massas cerâmicas argilosas

estudadas podem ser classificadas em termos de mecânica dos solos, como

pertencentes ao grupo de siltes inorgânicos de alta compressibilidade. Os valores

de índice de plasticidade (27 - 29 %) indicam que as massas argilosas contendo até

15 % em peso de resíduo de ETAs podem ser usadas em cerâmica vermelha.

Nota-se ainda que, o limite plástico (água de plasticidade) da massa argilosa

padrão (AM-R0) foi somente ligeiramente alterado com adição do resíduo de ETAs.

Este resultado demonstra claramente que o resíduo de ETAs pode ser usado como

constituinte de massas argilosas para fabricação de cerâmica vermelha, quando

adicionado em quantidades moderadas.

4.3 - Propriedades Tecnológicas Após secagem O processo de secagem constitui-se numa etapa tecnológica importante na

fabricação de produtos de cerâmica vermelha. Este processo consiste

69

basicamente no transporte de líquido, de um sólido poroso para a fase gasosa

insaturada. A secagem de cerâmica vermelha ocorre em duas etapas (Oller, 1981;

Pracidelli, 1988). Na primeira etapa, vaporiza-se unicamente a água de superfície.

Enquanto que na segunda etapa, a água que está situada no interior dos poros e

nos interstícios dos grãos chega à superfície da peça na forma de vapor. Neste

trabalho o processo de secagem foi avaliado em termos das propriedades de

retração linear (RLs), massa específica aparente (MEAs) e tensão de ruptura à

flexão (σs).

A Tabela 4.11 mostra os resultados obtidos para as propriedades

tecnológicas dos corpos cerâmicos conformados por prensagem uniaxial e secados

em 110 ºC. Para melhor visualização da influência do resíduo de ETAs, foram

obtidos os gráficos mostrados nas Figuras 4.16-4.18.

Tabela 4.11 - Propriedades tecnológicas dos corpos cerâmicos após processo de secagem em 110 ºC.

Amostras RLs (%)

MEAs (g/cm3)

σs

(MPa)

AM-R0 0,15 ± 0,05 1,69 ± 0,02 1,75 ± 0,30

AM-R5 0,13 ± 0,03 1,69 ± 0,02 1,66 ± 0,10

AM-R10 0,11 ± 0,02 1,67 ± 0,02 2,79 ± 0,11

AM-R15 0,17 ± 0,05 1,66 ± 0,02 2,98 ± 0,22

A Figura 4.16 mostra o parâmetro de retração linear de secagem dos corpos

cerâmicos prensados. Verifica-se que após secagem os corpos cerâmicos

apresentaram baixa retração linear. Isto é importante para evitar problemas de

trincas e fissuras localizados no corpo cerâmico durante o processo de secagem.

Além do mais, foi observada somente uma pequena variação nos valores de

retração linear com a adição do resíduo de ETAs.

70

Figura 4.16 - Retração linear de secagem dos corpos cerâmicos.

Na Figura 4.17 é mostrado o comportamento da massa específica aparente

como uma função do teor de resíduo de ETAs durante o processo de secagem. De

modo similar ao observado para o parâmetro de retração linear, os valores de

massa específica aparente foram somente ligeiramente alterados com a adição do

resíduo. Além disso, a pequena variação (1,66 - 1,69 g/cm3) observada está

inserida na dispersão dos valores encontrados. Isto indica que todos os corpos

cerâmicos preparados por prensagem uniaxial em 25 MPa, apresentam

praticamente a mesma massa específica aparente. Isto tornará mais fácil uma

comparação das propriedades tecnológicas após queima e a densificação dos

corpos cerâmicos contendo diferentes quantidades de resíduo de ETAs.

0 2 4 6 8 10 12 14 160,070,080,090,100,110,120,130,140,150,160,170,180,190,200,210,220,23

Ret

raçã

o Li

near

(%)

% de Resíduo de ETAs

71

Figura 4.17 - Massa específica aparente de secagem dos corpos cerâmicos.

A Figura 4.18 ilustra o comportamento da tensão de ruptura à flexão dos

corpos cerâmicos. Os resultados mostram uma variação complexa da tensão de

ruptura à flexão com a adição do resíduo.

Inicialmente, tem-se uma leve diminuição no valor da tensão de ruptura até

5% em peso de resíduo adicionado (amostra AM-R5). A partir de então, a adição

de mais resíduo à massa argilosa padrão (AM-R0) implicou num aumento da

resistência mecânica dos corpos cerâmicos. Não há uma razão plausível para

este comportamento. No entanto, a determinação da tensão de ruptura de

secagem foi feita utilizando-se um lote pequeno, cinco corpos cerâmicos por

composição. Lotes pequenos podem, muitas vezes, não descrever

completamente o comportamento real da propriedade mecânica em questão. A

dispersão dos valores também pode ser influenciada pelo uso de um lote pequeno.

É provável que o uso de lotes maiores proporcionaria um melhor

0 5 10 15

1,64

1,66

1,68

1,70

1,72

Mas

sa E

spec

ífica

de

Sec

agem

(g/c

m3 )


72

tratamento estatístico dos resultados, bem como do comportamento real da tensão

de ruptura à flexão dos corpos cerâmicos durante o processo de secagem.

Figura 4.18 - Tensão de ruptura à flexão de secagem dos corpos cerâmicos.

0 2 4 6 8 10 12 14 161,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,4

2,6

2,8

3,0

3,2

3,4

3,6

Tens

ão d

e R

uptu

ra à

Fle

xão

(MPa

)


73

4.4 - Densificação das Massas Cerâmicas

A densificação dos materiais de cerâmica vermelha é um processo complexo

e processa-se normalmente entre 110 ºC e 1450 ºC (Gomes, 1988). Durante o

processo de queima, as argilas usadas em cerâmica vermelha experimentam

diversos processos tais como decomposição-transformações de fase e

sinterização. Na presente tese a faixa de temperatura de queima utilizada foi entre

850 ºC e 1050 ºC, que é apropriada para fabricação de produtos de cerâmica

vermelha.

O comportamento de densificação dos corpos cerâmicos durante o processo

de queima foi acompanhado através das propriedades físico-mecânicas (retração

linear, massa específica aparente, absorção de água, porosidade aparente e

tensão de ruptura à flexão) e microestrutura sinterizada.

4.4.1 - Propriedades físico-mecânicas Os resultados das propriedades físico-mecânicas dos corpos cerâmicos após

queima entre 850 ºC e 1050 ºC, com adições de até 15 % em peso de resíduo de

ETAs, são mostrados na Tabela 4.12. A partir desses dados, foram elaborados uma

série de gráficos das propriedades tecnológicas em função do conteúdo de resíduo

de ETAs adicionado (Figuras 4.19-4.23) e da temperatura de queima (Figuras 4.24-

4.28).

O parâmetro de retração linear é fundamental para determinação das

dimensões do produto final. É desejável a obtenção de valores de retração linear

dentro de uma faixa estreita, que garanta constância na obtenção de um produto de

cerâmica vermelha de alta qualidade. Isto tem o benefício de se reverter em

redução no custo de produção. Portanto, é importante avaliar a influência da adição

do resíduo de ETAs e da temperatura de queima nesta propriedade. A Figura 4.19

mostra o comportamento do parâmetro de retração linear dos corpos cerâmicos em

função do conteúdo de resíduo de ETAs. Nela pode-se observar que a retração

linear sofre somente pequenas alterações, mesmo assim dentro da dispersão

(valores de desvio padrão) encontrada. Este comportamento foi observado para

todas as temperaturas de queima estudadas.

74

Tabela 4.12 - Propriedades físico-mecânicas após queima.

Amostras 850 ºC 950 º 1050 ºC

Retração Linear, %

AM-R0 1,47 ± 0,26 2,52 ± 0,47 6,03 ± 1,08

AM-R5 1,42 ± 0,27 2,89 ± 0,33 6,80 ± 1,03

AM-R10 1,71 ± 0,31 2,84 ± 0,41 6,46 ± 0,72

AM-R15 1,86 ± 0,25 2,55 ± 0,40 7,44 ± 1,17

Absorção de Água, %

AM-R0 24,43 ± 0,65 24,47 ± 0,90 15,89 ± 2,68

AM-R5 24,80 ± 0,79 23,28 ± 1,25 15,83 ± 2,10

AM-R10 25,29 ± 0,50 24,22 ± 1,58 15,96 ± 3,81

AM-R15 25,52 ± 0,34 25,02 ± 0,96 16,11 ± 2,28

Massa Específica Aparente, g/cm3

AM-R0 1,59 ± 0,02 1,64 ± 0,03 1,87 ± 0,09

AM-R5 1,58 ± 0,03 1,65 ± 0,03 1,90 ± 0,07

AM-R10 1,57 ± 0,02 1,64 ± 0,03 1,89 ± 0,05

AM-R15 1,57 ± 0,03 1,63 ± 0,03 1,92 ± 0,09

Porosidade Aparente, %

AM-R0 38,82 ± 0,91 40,74 ± 0,89 30,67 ± 3,90

AM-R5 40,36 ± 0,92 39,25 ± 1,45 30,53 ± 3,01

AM-R10 41,10 ± 0,67 40,38 ± 1,62 30,81 ± 3,32

AM-R15 41,85 ± 0,62 41,24 ± 1,60 31,23 ± 3,03

Tensão de Ruptura à Flexão, MPa

AM-R0 5,07 ± 0,89 6,46 ± 1,04 15,51 ± 3,70

AM-R5 5,41 ± 0,97 8,65 ± 1,62 18,18 ± 3,16

AM-R10 5,14 ± 0,74 7,73 ± 1,49 14,78 ± 1,88

AM-R15 5,72 ± 0,65 6,46 ± 1,14 17,82 ± 3,36

75

A massa específica aparente constitui-se num importante parâmetro de

processo, por que está relacionada ao grau de sinterização do material. A Figura

4.20 apresenta os resultados de massa específica aparente em função do conteúdo

de resíduo de ETAs, para todas as temperaturas estudadas. Verifica-se claramente

que a adição de até 15 % de resíduo de ETAs não acarretou modificações

significativas na densificação dos corpos cerâmicos. Isto indica que a densificação

dos corpos cerâmicos isentos de resíduo e com resíduo de ETAs é semelhante.

Este resultado é importante porque corrobora os resultados das características

físico-químicas e mineralógicas, que são semelhantes aos das argilas vermelhas

predominantemente cauliníticas da região de Campos dos Goytacazes-RJ.

A absorção de água, que corresponde ao nível de porosidade aberta do

corpo cerâmico queimado, foi outra importante propriedade do produto final

investigada nesta pesquisa. Ela está associada ao tipo de microestrutura formada

no material sinterizado. O seu controle representa uma forma prática de controlar a

porosidade, que interferirá diretamente em outras propriedades do produto final. A

Figura 4.21 mostra o comportamento da absorção de água como uma função do

conteúdo de resíduo de ETAs, para todas as temperaturas estudadas. Como era de

se esperar, a absorção de água praticamente não se altera com o aumento do

conteúdo de resíduo de ETAs. Este resultado corrobora os resultados de retração

linear (Fig. 4.19) e massa específica aparente (Fig. 4.20). O comportamento da

absorção de água seguiu, aproximadamente, o comportamento observado para

porosidade aparente dos corpos cerâmicos, conforme mostrado na Figura 4.22.

A resistência mecânica dos corpos cerâmicos foi avaliada em termos da

tensão de ruptura à flexão (carregamento em três pontos). Esta propriedade está

intimamente associada à absorção de água (porosidade aberta), e sua importância

está relacionada à aplicação do produto final. A Figura 4.23 apresenta os

resultados de tensão de ruptura à flexão em função do conteúdo de resíduo de

ETAs. Verifica-se que o resíduo de ETAs adicionado não provoca alterações

significativas na tensão de ruptura dos corpos cerâmicos. Isto foi observado para

todas as temperaturas estudadas. Além disso, o comportamento desta

76

propriedade mecânica é similar ao observado para as demais propriedades físicas,

cujas flutuações estão dentro das dispersões encontradas. Estes resultados

mostram claramente que o resíduo de ETAs, quando adicionado até 15 % em peso,

não resulta em modificações significativas nas propriedades físico-mecânicas da

massa argilosa padrão (amostra AM-R0).

O efeito da temperatura de queima sobre a densificação dos corpos

cerâmicos é melhor observado nas Figuras 4.24 - 4.28. Na Figura 4.24 pode-se

observar que a retração linear aumenta com o aumento da temperatura de queima,

como um resultado do aumento no grau da sinterização das massas cerâmicas.

Este comportamento foi verificado para todas as formulações

estudadas, independentemente do conteúdo de resíduo adicionado. Verifica-se,

ainda, que a retração linear comporta-se diferentemente abaixo e acima da

temperatura de 950 ºC. Isto está relacionado à predominância de distintos

mecanismos de sinterização nestas regiões de temperatura. Na região de menor

temperatura, equivalente a faixa de temperatura entre 850 ºC e 950 ºC, foram

obtidos baixos valores de retração linear (1,42 - 2,89 %). Nesta região a

sinterização é governada principalmente por mecanismo de sinterização de estado

sólido, onde provavelmente o mecanismo de difusão superficial (Kingery e Berg,

1955) seja o mecanismo dominante. Neste caso ocorre somente uma espécie de

soldagem entre a matriz argilosa, principalmente partículas de metacaulinita

amorfa, e as partículas dos minerais acessórios. Já na região de maior grau de

sinterização, acima de 950 ºC, ocorreu um forte aumento dos valores de retração

linear em 1050 ºC (6,03 - 7,44 %) para todas as formulações estudadas. Isto pode

ser explicado pelo fato de que, nesta temperatura, deve estar ocorrendo à

formação de uma certa quantidade de fase líquida, aumentando o grau de

sinterização do material. Este aumento expressivo no grau de sinterização em

1050 ºC influenciará também outras propriedades no produto final, como será visto

a seguir. O aumento da retração linear nesta temperatura deve-se

fundamentalmente a vitrificação dos corpos cerâmicos e a recristalização de fases

cerâmicas de alta temperatura a partir da metacaulinita, como γ-Al2O3, espinélio

(Al:Si) ou mulita primária, conforme discutido anteriormente (Figs. 4.1 e 4.10).

77

Nesta região de temperatura, a densificação ocorre por sinterização por fase líquida

e o mecanismo de sinterização predominante é o fluxo viscoso (Reed, 1995).

A massa específica aparente como função da temperatura de queima para

todas as formulações é mostrada na Figura 4.25. Nela pode-se observar que, para

todas as formulações, a massa específica aparente aumenta à medida que se

aumenta temperatura. Esta densificação dos corpos cerâmicos com o aumento da

temperatura é decorrente do fenômeno de sinterização. Como esperado, todas as

formulações estudadas apresentam um forte aumento na massa específica

aparente em 1050 ºC. Isto advém do aumento no grau de sinterização da massa

cerâmica argilosa, evidenciado pela alta retração linear sofrida pelos corpos

cerâmicos, conforme mostrado na Figura 4.24.

A Figura 4.26 mostra a absorção de água como função da temperatura de

queima. Verifica-se que a absorção de água praticamente não se altera até a

temperatura de 950 ºC. Na temperatura de 1050 ºC, no entanto, foi observada uma

forte redução na absorção de água para todas as formulações estudadas, como

resultado do aumento na densificação da massa argilosa. Este fenômeno pode ser

atribuído principalmente a vitrificação, onde uma fase vítrea é formada. Assim, a

absorção de água é diminuída devido à permeação do líquido vítreo formado ao

longo da porosidade aberta do corpo cerâmico. Verifica-se, também, como

mostrado na Figura 4.27, que a porosidade aparente seguiu aproximadamente o

comportamento da absorção de água.

A Figura 4.28 mostra o comportamento da tensão de ruptura à flexão em

função da temperatura de queima. Nela pode-se observar que a tensão de ruptura

aumenta com o aumento da temperatura de queima, como resultado da redução de

porosidade no interior do corpo cerâmico e aumento da massa específica aparente,

como visto anteriormente. O comportamento mecânico é, portanto, perfeitamente

correlacionado com as propriedades físicas estudadas. A alta densificação em 1050

ºC é responsável pelos altos valores de tensão de ruptura à flexão (14,78 - 18,18

MPa).

78

Figura 4.19 - Retração linear em função do resíduo de ETAs.

Figura 4.20 - Massa específica aparente em função do resíduo de ETAs.

0 2 4 6 8 10 12 14 161

2

3

4

5

6

7

8

9

(850 ºC)(950 ºC)(1050 ºC)

Ret

raçã

o Li

near

(%)


0 2 4 6 8 10 12 14 161,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

2,1

850 ºC 950 ºC 1050 ºC

Mas

sa E

spec

ífica

Apa

rent

e, g

/cm

3


79

4.21 - Absorção de água em função do resíduo de ETAs.

Figura 4.22 - Porosidade aparente em função do resíduo de ETAs.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

12

14

16

18

20

22

24

26

28

850 ºC 950 ºC 1050 ºC

Abs

orçã

o de

Águ

a (%

)


0 2 4 6 8 10 12 14 16

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

850 ºC 950 ºC 1050 ºC

Poro

sida

de A

pare

nte

(%)


80

Figura 4.23 - Tensão de ruptura à flexão em função do resíduo de ETAs.

Figura 4.24 - Retração linear em função da temperatura de queima.

0 2 4 6 8 10 12 14 16

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

850 ºC 950 ºC 1050 ºC

Tens

ão d

e R

uptu

ra à

Fle

xão

(MPa

)


850 900 950 1000 1050

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 AM-R0 AM-R5 AM-R10 AM-R15

Ret

raçã

o Li

near

(%)

Temperatura de Queima (ºC)

81

Figura 4.25 - Massa específica aparente em função da temperatura de queima.

Figura 4.26 - Absorção de água em função da temperatura de queima.

850 900 950 1000 10501,50

1,55

1,60

1,65

1,70

1,75

1,80

1,85

1,90

1,95

2,00

2,05

2,10

AM-R0 AM-R5 AM-R10 AM-R15

Mas

sa E

spec

ífica

Apa

rent

e (g

/cm

3 )


850 900 950 1000 1050

12

14

16

18

20

22

24

26

28

AM-R0 AM-R5 AM-R10 AM-R15A

bsor

ção

de Á

gua

(%)


82

Figura 4.27 - Porosidade aparente em função da temperatura de queima.

Figura 4.28 - Tensão de ruptura à flexão em função da temperatura de queima.

850 900 950 1000 1050

28

30

32

34

36

38

40

42

44

AM-R0 AM-R5 AM-R10 AM-R15Po

rosi

dade

Apa

rent

e (%

)


850 900 950 1000 1050

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

AM-R0 AM-R5 AM-R10 AM-R15

Tens

ão d

e R

uptu

ra à

Fle

xão

(MPa

)


83

4.4.2 - Análise microestrutural

A evolução microestrutural dos corpos cerâmicos da formulação AM-R0,

isenta de resíduo de ETAs, sinterizados nas temperaturas de trabalho é mostrada

nas Figuras 4.29-4.31. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de

varredura, mostram claramente a seqüência típica de densificação da massa

argilosa usada como padrão neste trabalho, com o aumento da temperatura de

queima. A microestrutura sinterizada corrobora os dados das propriedades físico-

mecânicas. Em 850 ºC (Fig. 4.29) a superfície de fratura é muito rugosa e a

estrutura é notadamente porosa. Esta textura grosseira é dominada pela fraca

sinterização entre as partículas de metacaulinita amorfas e minerais acessórios

presentes nesta temperatura. Além do mais, deve ser considerado também como

resultado desta textura grosseira o provável arrancamento de material durante a

solicitação mecânica. Em 950 ºC (Fig. 4.30) a superfície de fratura apresenta

aparentemente uma textura aparentemente mais suave, como resultado de uma

maior sinterização do corpo cerâmico. Em 1050 ºC (Fig. 4.31) a superfície de

fratura apresenta claramente uma textura mais suave, como resultado do maior

grau de sinterização e vitrificação do corpo cerâmico. Nesta temperatura a

porosidade aberta foi fortemente reduzida, o qual contribuiu para obtenção de altos

valores de tensão de ruptura à flexão dos corpos cerâmicos (Fig. 4.28).

As Figuras 4.32 - 4.34 mostram, respectivamente, a microestrutura da

superfície de fratura dos corpos cerâmicos contendo 15 % em peso de resíduo de

ETAs (amostra AM-R15), sinterizados entre 850 ºC e 1050 ºC. Nelas pode ser

observado que a microestrutura sinterizada em todas as temperaturas é

semelhante àquela discutida anteriormente para a formulação argilosa padrão.

As Figuras 4.35 - 4.38 mostram, respectivamente, a microestrutura da

superfície de fratura para todas as formulações estudadas, quando sinterizada em

950 ºC. Esta é a temperatura usual para fabricação de cerâmica vermelha. Verifica-

se claramente que o resíduo de ETAs adicionado não causa modificação da textura

e porosidade dos corpos cerâmicos. Estes resultados corroboram aqueles obtidos

para as propriedades físico-mecânicas (Figs. 4.19 - 4.23).

84

Figura 4.29 - Microestrutura da amostra AM-R0 sinterizada em 850 ºC.


85



86


Figura 4.34-Microestrutura da amostra AM-R15 sinterizada em 1050 ºC.

87



88



89

4.5 - Análise Estatística da Resistência Mecânica A resistência mecânica é uma propriedade de grande interesse na cerâmica

vermelha. Isto está relacionado ao fato de que esta propriedade é utilizada nas

normas técnicas para classificar os produtos de cerâmica vermelha.

A resistência teórica de um material frágil pode ser definida como a tensão

necessária para romper as ligações químicas. Quando isso ocorre o material se

rompe, ou seja, sofre fratura (Zanotto e Migliori Jr., 1991). Na prática esta fratura

ocorre sob uma tensão da ordem de grandeza de 100 a 1000 vezes menor. A

explicação para esta marcante discrepância entre a resistência teórica e a

resistência real dos materiais frágeis, está relacionada à existência de falhas

internas ou superficiais que atuam como amplificadores de tensão. Na realidade

qualquer tipo de irregularidade produz concentração de tensão no material. As

irregularidades podem ser uma fissura, poro, contorno de grão ou mesmo um canto

vivo interno do material. Um dos problemas enfrentados com os materiais

cerâmicos está relacionado às grandes variações nos valores de resistência

mecânica. Pode ocorrer, por exemplo, que peças de um mesmo lote apresentem

um valor para a resistência máxima com o dobro da mínima. Neste contexto, foi

realizada neste trabalho análise estatística através da distribuição de Weibull sobre

os dados de tensão de ruptura à flexão dos corpos cerâmicos sinterizados.

As Figuras 4.39-4.50 mostram os diagramas de Weibull, lnln[(1 / (1 - F))]

versus ln σ, onde F é a probalidade estimada e σ é a tensão de ruptura à flexão,

para todas as formulações estudadas e temperaturas de queima. A partir desses

diagramas, foram determinados o módulo de Weibull (m) e a tensão característica

(σo). O valor máximo de tensão de ruptura à flexão (σmax) para cada formulação

também é mostrado nos Diagramas de Weibull. O módulo de Weibull constitui-se

num critério importante para determinação da qualidade de materiais cerâmicos. Já

a tensão característica é um parâmetro de localização, ou seja, define quão baixa

ou quão alta é a tensão de ruptura dos corpos cerâmicos. É desejável que ambos

os valores de m e σo sejam os maiores possíveis.

90

Os diagramas de Weibull mostram claramente que as formulações

estudadas sinterizadas entre 850 ºC e 1050 ºC apresentam um comportamento

unimodal para os dados de tensão de ruptura á flexão. Isto significa que todos os

corpos cerâmicos, independentemente do conteúdo de resíduo de ETAs

adicionado, apresentam a mesma classe de defeitos. É provável que os poros

presentes nos corpos cerâmicos sejam os responsáveis pela fratura. As

micrografias das Figuras 4.29-4.38 corroboram este fato, já que a microestrutura de

materiais de cerâmica vermelha é caracterizada pela alta porosidade.

Os valores obtidos para o módulo de Weibull (m), tensão característica (σo) e

o coeficiente de correlação linear (R) para todas as formulações estudadas são

mostrados na Tabela 4.13.

Verificou-se que, para todas as formulações queimadas nas temperaturas de

trabalho, ocorreu uma grande dispersão nos valores obtidos para a tensão de

ruptura à flexão dos corpos cerâmicos. Em geral, para uma mesma amostra (N =

30), encontrou-se que o valor máximo é maior ou igual ao dobro do valor mínimo.

Este comportamento é esperado e típico de materiais frágeis.

Os corpos cerâmicos queimados apresentaram valores de módulo de

Weibull na faixa de 4,4 - 10,2. Estes valores estão dentro da faixa de módulo de

Weibull para materiais cerâmicos, que está entre 3 < m < 15 (Zanoto e Migliori Jr.,

1991).

Tabela 4.13 - Análise de Weibull dos dados de tensão de ruptura à flexão dos corpos cerâmicos para todas as temperaturas de queima.

850 ºC 950 ºC 1050 ºC Amostras

m σo

(MPa)

R m σo

(MPa)

R m σo

(MPa)

R

AM-R0 8,8 5,37 0,97115 7,7 6,86 0,95069 4,4 16,54 0,98609

AM-R5 6,5 5,82 0,93570 6,3 9,29 0,96758 6,8 19,44 0,99407

AM-R10 8,3 5,45 0,98898 6,5 8,32 0,92081 9,4 15,58 0,98854

AM-R15 10,2 6,01 0,98681 7,0 6,91 0,91933 6,1 19,19 0,98726

91

Os valores de módulo de Weibull obtidos neste trabalho também estão de

acordo com aqueles reportados na literatura para corpos de cerâmica vermelha

fabricados com argilas cauliníticas da região de Campos dos Goytacazes-RJ, onde

foram encontradas as seguintes faixas de valores para o módulo de Weibull: m =

3,4 - 13,9 (Thurler, 2000) e m = 2,67 - 12,49 (Duarte, 2000).

Os valores mais altos obtidos para o módulo de Weibull foram para as

formulações AM-R15 (850 ºC), AM-R5 (950 ºC) e AM-R10 (1050 ºC). Isto indica

que essas formulações para as condições estudadas são mais homogêneas quanto

aos defeitos de fabricação, ou seja, são mais confiáveis. Verificou-se também que

não é possível afirmar que a adição do resíduo de ETAs quando adicionado até

15% influencia o módulo de Weibull.

Verifica-se que a tensão característica obtida para os corpos cerâmicos

queimados, σo = 5,37 - 19,44 MPa, como esperado, aumenta com o aumento da

temperatura de queima. Isto é atribuído ao maior grau de sinterização dos corpos

cerâmicos, conforme discutido anteriormente. Enquanto que a adição do resíduo de

ETAs não altera de forma significativa os valores da tensão característica. A

variação observada é pequena e normalmente encontrada em peças de cerâmica

vermelha isenta de resíduo de ETAs. De forma que, também, não é possível

afirmar que o resíduo de ETAs quando adicionado até 15% influencia a tensão

característica dos corpos cerâmicos queimados.

Os resultados também mostraram claramente que os coeficientes de

correlação, para todas as formulações, apresentaram valores de R → 1. Isto indica

que os dados experimentais de tensão de ruptura à flexão dos corpos cerâmicos

são ajustados conforme a teoria de Weibull, e podem ser representados por uma

expressão de 1º grau (Y = A + B.X).

92

Figura 4.39 - Diagrama de Weibull para a formulação AM-R0 / 850 ºC.


1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 8,8σo= 5,37 MPaσmax = 6,26 MPaR = 0,97115

AM-R0 - 850 ºC Linear Fit

ln[ln

(1/(1

- F)

)]

ln tensão

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 7,7σo= 6,86 MPaσmax= 9,25 MPaR = 0,95069


Ln[ln

(1/(1

- F)

)]

ln tensão

93


2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 4,4σo= 16,54 MPaσmax= 23,37 MPaR = 0,98609


Ln[ln

(1/(1

- F)

)]

ln tensão

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 6,5σ

ο= 5,82 MPa

σmax= 7,0 MPaR = 0,9357


ln[ln

(1/(1

- F)

)]

ln tensão

94




1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 6,3σo= 9,29 MPaσmax= 11,49 MPaR = 0,96758


Ln[L

n(1/

(1 -

F))]

ln tensão

2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 6,8σo= 19,44 MPaσmax= 23,63 MPaR = 0,99407


Ln[L

n(1/

(1 -

F))]

ln tensão

95



1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 8,3σo= 5,45 MPaσmax= 6,51 MPaR = 0,98898


Ln[ln

(1/(1

- F)

)]

ln tensão

1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 6,5σo= 8,32 MPaσmax= 12,60 MPaR = 0,92081


Ln[L

n(1/

(1 -

F))]

ln tensão

96



2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 9,4σo= 15,58 MPaσmax= 19,26 MPaR = 0,98854


Ln[L

n(1/

(1 -

F))]

ln tensão

1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 10,2σo= 6,01 MPaσmax= 6,52 MPaR = 0,98681


Ln[ln

(1/(1

- F)

)]

ln tensão

97



1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 7,0σo= 6,91 MPaσmax= 9,74 MPaR = 0,91933


Ln[L

n(1/

(1 -

F))]

ln tensão

2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3,0 3,1 3,2

-4

-3

-2

-1

0

1

2

m = 6,1σo= 19,19 MPaσmax= 23,04 MPaR = 0,98726


Ln[L

n(1/

(1 -

F))]

ln tensão

98

4.6 - Uso de Resíduo de ETAs em Cerâmica Vermelha

Uma questão importante que deve ser respondida é com relação à

possibilidade de uso do resíduo de ETAs no campo da cerâmica vermelha. Nesta

pesquisa tem sido mostrado que o resíduo de ETAs estudado apresenta algumas

características físico-químicas e mineralógicas muito semelhantes aos das argilas

vermelhas predominantemente cauliníticas da região de Campos dos Goytacazes-

RJ. É fato conhecido que essas argilas vem sendo ao longo das últimas décadas

intensamente usadas para fabricação de produtos de cerâmica vermelha para

construção civil, principalmente tijolos maciços, blocos cerâmicos e telhas. O

resíduo de ETAs, conforme mostrado anteriormente, pode ser considerado do

ponto de vista da tecnologia cerâmica como uma formulação de massa argilosa

poliminerálica natural.

O resíduo de ETAs proveniente da região de Campos dos Goytacazes-RJ

apesar de ser muito semelhante à maioria das argilas vermelhas desta região,

apresentou alto valor para o limite plástico (53 %), para a amostra analisada. Isto

certamente limitará sua utilização direta na fabricação de produtos de cerâmica

vermelha. No entanto, quando adicionado numa formulação argilosa própria para

cerâmica vermelha em quantidades moderadas, o resíduo de ETAs não causa

alterações significativas nas características físico-química, mineralógica e

propriedades físico-mecânicas da massa original.

É importante destacar que esta pesquisa foi feita em nível de escala de

laboratório. Isto significa que não é possível realizar uma comparação direta com os

produtos de cerâmica vermelha comerciais. No entanto, é possível estabelecer um

provável uso das formulações contendo resíduo de ETAs estudadas como

materiais de cerâmica vermelha. De acordo com Santos (1989), isto pode ser feito,

por exemplo, comparando-se os valores das propriedades físico-mecânicas dos

corpos cerâmicos secos e queimados, com aqueles das argilas industriais

brasileiras tomadas como referência.

A retração linear de secagem dos corpos cerâmicos (0,11 - 0,17 %) é baixa e

compatível para uso em cerâmica vermelha. A massa específica aparente de

secagem obtida, que está na faixa de 1,66 - 1,69 g/cm3, também é compatível para

uso em cerâmica vermelha. Os valores de tensão de ruptura á flexão após

secagem (1,66 - 2,98 MPa) dos corpos cerâmicos, estão compreendidos dentro

99

da faixa dos valores limites das argilas padrão brasileiras (0,5 - 7,0 MPa) para

fabricação de cerâmica vermelha.

A Tabela 4.14 mostra a comparação entre os valores das propriedades

físico-mecânicas dos corpos cerâmicos após queima em 950 ºC e as argilas padrão

brasileiras. A comparação nesta temperatura de queima está fundamentalmente

relacionada ao fato de que produtos de cerâmica vermelha devem ser queimados

preferencialmente em temperaturas da ordem de 950 ºC. Verifica-se que os valores

de massa específica aparente, absorção de água e tensão de ruptura à flexão

estão dentro da faixa de valores limites das argilas padrão brasileiras. Já os valores

de porosidade aparente estão um pouco acima da faixa para as argilas padrão.

Embora não tenha sido mostrada na Tabela 4.14, a retração linear após queima em

950 ºC é da ordem de 2,52 - 2,89 %, que é adequada para fabricação de cerâmica

vermelha.

Tabela 4.14 - Propriedades físico-mecânicas dos corpos cerâmicos e argilas padrão brasileiras após queima em 950 ºC (Santos, 1989).

Amostras MEA (g/cm3)

AA (%)

PA (%)

σ

(MPa)

AM-R0 1,64 ± 0,03 24,47 ± 0,90 40,74 ± 0,89 6,46 ± 1,04

AM-R5 1,65 ± 0,03 23,28 ± 1,25 39,25 ± 1,45 8,65 ± 1,62

AM-R10 1,64 ± 0,03 24,22 ± 1,58 40,38 ± 1,62 7,73 ± 1,49

AM-R15 1,63 ± 0,03 25,02 ± 0,96 41,24 ± 1,60 6,46 ± 1,14

Argilas Padrão 1,60 - 2,10 2,0 - 25,0 5,0 - 35,0 5,8 - 30,5

Como característica adicional para estabelecer o provável uso de

formulações argilosas, de acordo com Santos (1989), é a cor antes e depois da

queima. A cor após queima é uma conseqüência direta da composição químico-

mineralógica da massa cerâmica. Neste trabalho todos os corpos cerâmicos após

secagem em 110 ºC apresentaram cor marrom, enquanto que após queima

100

apresentaram cor vermelho-alaranjada. Estas cores são consideradas apropriadas

para uso em cerâmica vermelha. Além do mais, o resíduo de ETAs estudado,

independentemente da quantidade adicionada, não alterou a cor antes e depois da

queima da massa argilosa padrão. Verificou-se também a não ocorrência de

manchas na superfície e o aparecimento de eflorescência (sais solúveis), na

superfície dos corpos cerâmicos. O aspecto das superfícies de fratura dos corpos

cerâmicos, incluindo a variação de cor do exterior para o interior, não foi modificado

com a adição do resíduo de ETAs. Ainda, não foi observada a formação de coração

negro nos corpos cerâmicos queimados. Portanto, as formulações argilosas

contendo resíduo de ETAs têm características tecnológicas favoráveis que as

tornam materiais de grande potencial para uso em cerâmica vermelha.

No Brasil é muito comum a comparação dos valores de absorção de água

(AA) dos corpos cerâmicos queimados, mesmo fabricados em escala de

laboratório, com os valores especificados nas normas técnicas. Esta comparação

permite uma avaliação preliminar rápida do potencial da massa cerâmica para uso

em cerâmica vermelha. Conforme discutido anteriormente, a absorção de água é

uma propriedade física relacionada fundamentalmente ao nível de porosidade

aberta e microestrutura formada no corpo cerâmico, com forte influência sobre

outras propriedades principalmente a resistência mecânica do produto final. Neste

trabalho serão utilizados para efeito de comparação os seguintes valores de

absorção de água especificados (Santos, 1989; ABNT, 1997): tijolos maciços (AA <

25 %), blocos cerâmicos (AA < 25 %) e telhas (AA < 18 %). Verifica-se dos

resultados apresentados na Tabela 4.12, que as especificações de tijolos maciços e

blocos cerâmicos são atingidas praticamente para todas as formulações, quando

queimadas entre 850 ºC e 1050 ºC. Enquanto que a especificação para telhas foi

atingida somente quando queimada em 1050 ºC. É importante destacar também

que os valores de absorção de água dos corpos cerâmicos queimados em 850 ºC e

950 ºC estão muito próximo do limite máximo aceitável. Sugere-se realizar ajustes

na composição de massa argilosa padrão, no sentido de propiciar uma diminuição

na absorção de água. Nota-se que uma pequena diminuição entre 1,5 - 3 % já é

suficiente para se obter tijolos e blocos cerâmicos de boa qualidade. Estes

resultados refletem as características químico-mineralógicas das argilas vermelhas

de Campos dos Goytacazes-RJ. Em geral essas argilas são

101

ricas em caulinita, contém gibsita, apresentam alta perda ao fogo e são pobres em

fundentes alcalinos (K2O e Na2O), que confere um caráter mais refratário a essas

argilas, dificultando sua densificação em temperaturas até da ordem de 1000 ºC. Já

na temperatura de 1050 ºC, que está associada a baixos valores de absorção de

água, o óxido de ferro presente nessas argilas tende a contribuir para a vitrificação

dos corpos cerâmicos.

102

CAPÍTULO 5 - CONCLUSÕES E SUGESTÕES

5.1 - Conclusões

Esta pesquisa foi fundamentalmente focada no interesse positivo da busca

incessante da utilização de um resíduo poluente proveniente de estação de

tratamento de águas (ETAs). O campo da cerâmica vermelha, por sua própria

natureza, é altamente promissor para reciclagem de resíduos poluentes e com

grande potencial para contribuir com o desenvolvimento auto-sustentado. A

crescente preocupação da sociedade como um todo com as questões de meio

ambiente, tem levado a incessante busca por produtos denominados de "eco-eco"

(ecológico - econômico) ou produtos verdes. Esta já é uma realidade em vários

países desenvolvidos. As questões ambientais, sem dúvida, serão imperativas no

século XXI. Com base nos resultados experimentais e discussões, as seguintes

conclusões podem ser destacadas:

1) O resíduo de ETAs estudado apresentou comportamento físico-químico e

mineralógico muito semelhante aos das argilas vermelhas da região de Campos

dos Goytacazes-RJ. O resíduo de ETAs desta região é um material plástico (IP =

20 %) rico principalmente em SiO2, Al2O3 e Fe2O3. Do ponto de vista mineralógico,

é constituído de caulinita (Al2O3.2SiO2.2H2O), sílica (SiO2), gibsita (Al2O3.3H2O) e

mica, com predominância de caulinita. O comportamento granulométrico do resíduo

(frações: < 2 µm; 2 - 20 µm; > 20 µm) é adequado para uso em cerâmica vermelha.

A capacidade de troca catiônica do resíduo (9,85 meq/100g) é compatível com a

CTC das argilas cauliníticas da região de Campos dos Goytacazes-RJ. Foi

observado que o resíduo apresentou baixo teor de matéria orgânica e sais solúveis.

2) O resíduo de ETAs apresenta alto valor para o limite plástico. Assim, é

recomendável que este resíduo seja usado somente como constituinte de

formulações argilosas para cerâmica vermelha em quantidades adequadas.

103

3) O resíduo de ETAs estudado pode ser classificado do ponto de vista ambiental

como resíduo Classe II – Não Inerte.

4) As massas cerâmicas preparadas com a incorporação de até 15 % em peso de

resíduo de ETAs, apresentaram comportamento granulométrico e limites de

consistência de Atterberg adequados para uso em cerâmica vermelha. A adição do

resíduo resultou em uma pequena influência das frações silte-argila das massas

cerâmicas. Foram observados um aumento da fração argila com concomitante

diminuição da fração silte. A plasticidade das massas praticamente não foi alterada

para as quantidades estudadas.

5) O resíduo de ETAs da região de Campos dos Goytacazes-RJ, quando

adicionado até 15 % em peso a uma massa argilosa industrial para fabricação de

cerâmica vermelha, não apresentou efeito significativo sobre o comportamento de

densificação das massas cerâmicas durante o processo de queima. As

propriedades físico-mecânicas avaliadas (retração linear, massa específica

aparente, absorção de água, porosidade aparente e tensão de ruptura à flexão)

praticamente não foram alteradas com a adição do resíduo. O efeito da temperatura

de queima foi o de aumentar o grau de sinterização das massas cerâmicas,

sobretudo acima de 950 ºC. Nesta região de temperatura a sinterização ocorre por

fase líquida e o mecanismo de sinterização predominante é o fluxo viscoso. A

adição do resíduo de ETAs também não influenciou o comportamento

microestrutural dos corpos cerâmicos. A fase vítrea formada em mais alta

temperatura desempenhou papel importante sobre a densificação dos corpos

cerâmicos, e explica o melhoramento observado nas propriedades físico-

mecânicas.

6) Os dados de tensão de ruptura à flexão dos corpos cerâmicos queimados, para

todas as formulações estudadas, são distribuídos de acordo com a distribuição de

Weibull (coeficiente de correlação R → 1). Os valores do módulo de Weibull estão

na faixa de m = 4,4 - 10,2, para as condições testadas, bem como estão dentro

para faixa de materiais cerâmicos. A tensão característica dos corpos queimados

(σo = 5,37 - 19,44 MPa) aumentou com o aumento da temperatura de queima,

como um resultado do maior grau da sinterização.

104

7) A incorporação do resíduo de ETAs em forma de pó fino não modifica o processo

de fabricação de produtos de cerâmica vermelha normalmente usado em escala

industrial. Foi verificado que as massas cerâmicas contendo até 15 % em peso de

resíduo de ETAs da região de Campos dos Goytacazes-RJ têm grande potencial

para serem empregadas na fabricação de produtos de cerâmica vermelha para a

construção civil. A concretização desse resultado além de ser de alta importância

econômica, certamente será uma grande contribuição ao meio ambiente e ao

desenvolvimento sustentado regional e do País.

5.2 - Sugestões Para Trabalhos Futuros O trabalho de tese exposto teve como ênfase à possibilidade de reciclagem

do resíduo de estação de tratamento de águas da região de Campos dos

Goytacazes-RJ em cerâmica vermelha. Conforme mostrado neste trabalho, a

valorização e reciclagem de resíduo de ETAs em cerâmica vermelha é um

processo complexo envolvendo desde a coleta do resíduo até o produto final

incorporado. No sentido de contribuir para continuidade desta pesquisa em um

tema tão importante e atual são feitas as seguintes sugestões:

a) avaliar as características físico-química e mineralógica do resíduo de

ETAs em função da época em que o resíduo é coletado. Isto permitirá

observar a variabilidade do resíduo em função do nível do rio e turbidez.

b) Avaliar o efeito do resíduo de ETAs coletado em diferentes épocas sobre

o processamento e comportamento de densificação.

c) Buscar a identificação e quantificação das fases formadas durante a

queima dos corpos cerâmicos incorporados com resíduo de ETAs, tanto

por difração de raios-X quanto por MEV/EDS.

d) A produção e avaliação de produtos de cerâmica vermelha contendo

resíduo de ETAs em escala industrial.

e) Avaliação dos gases emitidos durante a queima dos corpos cerâmicos

contendo resíduo de ETAs.

f) Estudar outros percentuais de adição de resíduo de ETAs.

105

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